КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

ВВЕДЕНИЕ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ

В настоящее время важнейшими проблемами народного хозяйства России являются: улучшение качественных характеристик производимой промышленной продукции, снижение ее себестоимости и повышение производительности труда, значительное расширение масштабов технического перевооружения действующих предприятий, оснащение их новой высокоэффективной техникой, внедрение прогрессивной технологии и современных методов управления.

Снижение материалоемкости, повышение эффективности использования материальных ресурсов, применение прогрессивных материалов – одна из наиболее актуальных задач промышленного производства. Создание и освоение новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и стабильностью физико-механических свойств во времени позволит разработать принципиально новые образцы товаров широкого потребления и повышенного спроса, определяющих экономическое положение соответствующей отрасли и страны в целом..

Внедрение высокопроизводительного и прецизионного оборудования, качественно новых технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, – основной путь наращивания промышленных мощностей современного производства. Такое оборудование и процессы должны широко использоваться при изготовлении наукоемкой продукции, соответствующей лучшим мировым образцам и пользующейся повышенным спросом на мировом рынке.

Концепций и прогнозов, касающихся будущего России в ХХ1 веке, к его началу выдвинуто предостаточно. Подходы и мнения в них звучат самые разные. Некоторые из западных стран придерживаются точки зрения, которую высказал в одном из своих выступлений бывший премьер-министр Великобритании Джон Мейджор. Говоря о будущем России, он предрек ей роль кладовой ресурсов для нужд Запада, прибавив, что для этого хватит 40-50 миллионов населения. Если принять логику такого прогноза, то порожденная транснациональными корпорациями финансовая элита, которая, и правит миром, фактически уже сделала за Россию выбор – «кочегарка» и «прихожая». Но тогда этой самой элите придется приписать ряд довольно парадоксальных качеств – недальновидность, нерасчетливость, склонность к порождению очагов напряженности. Провоцируя нестабильность, уязвляя гордыню все еще ядерной державы, мировая финансовая элита, если таковая и существует, выглядит уж слишком отчаянной и злокозненной.

Альтернативный сценарий основан на так называемой стратегии экономического роста. В ее фундаменте – ставка на активизацию конкурентных преимуществ российской экономики. Их оказывается восемь:

1. Уровень образования совместно с ориентацией на коллективизм;

2. Природные ресурсы;

3. Территория и емкий внутренний рынок;

4. Дешевая и достаточно квалифицированная рабочая сила;

5. Научно-промышленный потенциал;

6. Научные школы и конкурентоспособные технологии;

7. Свободные производственные мощности,

8. Опыт экспорта высокотехнологичной продукции и производственная кооперация.

Для реализации всех этих преимуществ, разумеется, должна быть продумана система экономических и административных мер. Расчеты уже в среднесрочной перспективе обещают устойчивый экономический рост не менее чем на 7% в год, общее увеличение инвестиций – по меньшей мере на 15% в год, а в наукоемкую промышленность и новые технологии – до 30%. Инфляция также будет ограничена 30% в год…

Главные надежды многие специалисты прямо возлагают на реализацию научно-промышленного потенциала страны. У России, располагающей 12% ученых мира, собственно, и нет другой серьезной альтернативы. На сырье, даже имея 28% мировых запасов, приемлемого подъема экономики достигнуть невозможно. По прогнозам, его потребление к 2015 году возрастет всего в 2 раза, а мы уже сейчас по внутреннему валовому продукту на душу населения (ВВП) отстаем от развитых стран примерно в 10 раз. Зато объем мирового рынка наукоемкой продукции сегодня составляет 2 трлн. 500 млрд. долларов (доля России – 0,3%). К 2015 году он достигнет примерно 4 трлн. долл. Даже десятая часть этой суммы примерно на порядок превышает потенциальный российский нефте-газовый экспорт. С другой стороны, шансы раскрутить инновационный процесс в национальном масштабе, отпустив инфляцию до 30% в год, представляются проблематичными. Из мирового опыта известно (Аргентина), что это предельный уровень, выше которого инфляция становится главным препятствием экономического роста.

По всем основным показателям страна имеет ту же промышленную инфраструктуру, что и западные страны. И лишь по развитию технологической среды (системы обеспечения качества, стандарты, автоматизация разработок, компьютеризация производства и т.д.) мы очень сильно от них отстаем. Уровень развития технологической инфраструктуры – это и есть своего рода водораздел между индустриальными и постиндустриальными странами. Его-то и надлежит России преодолеть.

Насколько серьезно мы отстаем в данном отношении? Цифры говорят сами за себя. В 2008 г. каждый занятый в российской экономике вносил в ВВП страны вклад в размере 16,1 тысячи долларов. Сравним: в ЮАР этот показатель составлял 38,1 тысячи, во Франции – 59,4 тыс., в США – 74,6 тыс., в Люксембурге – 110 тысяч. Почему так происходит? Откуда такая разница? С одной стороны, в развитых странах предприятия производят более качественную и сложную продукцию, чем в России. Она продается дороже и содержит намного большую добавленную стоимость. С другой стороны, намного более совершенное техническое вооружение западных предприятий обеспечивает большую эффективность труда и позволяет выпускать большее количество готовой продукции.

Для примера возьмем две автомобильные компании, в которых занято равное число работников: АвтоВАЗ – 106 тыс. человек и BMW – 107 тыс. АвтоВАЗ выпускает в год в среднем 734 тысячи автомобилей общей стоимостью 6,1 млрд долларов, BMW – 1,54 млн машин на 78,9 млрд. То есть в «натуральном» выражении производительность на АвтоВАЗе меньше в 2 раза, а в стоимостном – более чем в 13 раз.

Анализ мирового рынка показывает: производство наукоемкой продукции обеспечивают всего порядка 50 макротехнологий (макротехнология представляет собой совокупность знаний и производственных возможностей для выпуска на мировой рынок конкретных изделий – самолетов, реакторов, судов, материалов, компьютерных программ и т.п.). Семь наиболее развитых стран, обладая 46 макротехнологиями, держат 80% этого рынка. США ежегодно получают от экспорта наукоемкой продукции около 700 млрд. долл., Германия – 530, Япония –400. По 16 макротехнологиям прогноз на перспективу уже сделан (см. таблицу).

Рынок макротехнологий (в млрд.долл.)

2010 г. 2015 г.

Авиационные технологии 18-22 28

Космические технологии 4 8

Ядерные технологии 6 10

Судостроение 4 10

Автомобилестроение 2 6-8

Транспортное машиностроение 4 8-12

Химическое машиностроение 3 8-10

Спецметаллургия. Спецхимия.

Новые материалы 12 14-18

Технология нефтедобычи и переработки 8 14-22

Технология газодобычи и транспортировки 7 21-28

Энергетическое машиностроение 4 12-14

Технология промышленного

оборудования. Станкостроение 3 8-10

Микро- и радиоэлектронные технологии 4 7-9

Компьютерные и информационные

технологии 4,6 7,8

Коммуникация, связь 3,8 12

Биотехнологии 6 10

Всего 94-98 144-180

На мировом рынке происходит жесточайшая конкуренция. Так, за последние 7-10 лет США потеряли 8 макротехнологий и, соответственно, их рынки. В результате получили дефицит платежеспособного спроса в 200 млрд. долл. Причина этого в том, что примерно 15 лет назад европейцы сформировали общую программу с целью отвоевать часть рынка у США и Японии. Под нее были перестроены технологии, проведены фундаментальные исследования, реструктурирована промышленность.

Сейчас аналогичную целевую атаку предпринимает европейский авиационный консорциум. Его эксперты определили возможность отвоевать 25% рынка тяжелых самолетов (300 млрд. долл.). Была сформирована соответствующая международная программа. Даже конкурентов-американцев в нее вовлекли, скупая их фирмы. России предложили создать совместный научный центр, заключили контракты с нашими заводами. В целом 20% от всего объема программы стали российскими. Словом, история этого крупнейшего транснационального проекта четко свидетельствует: при распределении заказов решающей, прежде всего, оказывается деловая целесообразность.

По оценке наших специалистов за рынок 10-15 макротехнологий из тех 50, что определяют потенциал развитых стран, Россия вполне способна побороться. Выбор макротехнологических приоритетов в нашей стране должен осуществляться на совершенно новом для нас принципе. Поддержка десятков приоритетных научно-технических программ по всему фронту мыслимых исследований совершенно бесперспективна. Этого сегодня не может себе позволить даже самая богатая страна. Для присвоения той или иной макротехнологии статуса приоритетной для нашей страны предлагается сопостовлять затраты на формирование по ней базы знаний (полной или достаточной) и возможный эффект от реализации конкурентной продукции, созданной на ее основе.

По каждой приоритетной макротехнологии формируются федеральные целевые программы. Заказы по ним правительство на конкурсной основе размещает в институтах и КБ. В результате промышленность получает связанный комплекс заданий по конструированию цельных технологических систем. (Кстати, по аналогичной схеме Россия, приняв лет 15 назад целевую программу «Истребитель-90-х», завоевала рынок объемом в 5 млрд.долл., подобная же аналогия напрашивается, если вспомнить программу по созданию ракетно-космической техники). Создается конкурентная, гармонизированная с мировыми стандартами технологическая среда. А поскольку все целевые программы заведомо ориентированы на конечную продукцию мирового уровня, их привлекательность для западных и российских инвесторов и кредиторов будет достаточно высока. Роль государства – гарантировать кредиты риска.

Для России сейчас, как никогда, актуальна интеграция в мировой рынок наукоемкой технологии. В стране почти отсутствует платежеспособный спрос на часть наукоемкой продукции, что приводит к застою и старению наиболее передовой технологической базы (авиация, космонавтика, электроника, информатика, связь и т.п.). Согласно прогнозам, объем экспорта по приоритетным макротехнологиям уже в первом двадцатилетии ХХ1 века позволит в 2-3 раза повысить платежеспособность населения и обеспечить спрос на наукоемкую продукцию на внутреннем рынке. Это послужит стимулом дальнейшего экономического роста.

Концепция национальных макротехнологических приоритетов встречена с интересом не только в среде специалистов, но и в правительстве. Это позволяет надеяться, что в ХХ1 веке мы все еще сами в состоянии сделать достойный выбор – не в пользу «кочегарки» и «прихожей».

В современной технической (и не только) литературе широко используются различные варианты понятия "технология". Целесообразно как-то систематизировать эти определения.

Технология (Тechnology) – в дословном переводе наука о мастерстве.

Существует ряд отечественных определений, из которых приведем только энциклопедические:

1. Наука или совокупность сведений о методах переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих, теперь и программных средств в изделия, отвечающие заданным требованиям с точки зрения их технического назначения и качества.

2. Совокупность средств, процессов, операций, методов, с помощью которых входящие в производство элементы преобразуются в выходящие; она охватывает машины, механизмы, навыки и знания.

Зарубежное (западное) определение: применение (употребление) чего либо в индустрии, коммерции, медицине и других областях.

Прогрессивная технология . Технология более высокой ступени развития (по сравнению с существующей), которая является результатом внедрения процессных инноваций. Эта категория включает технологии, базирующиеся на заимствованном передовом опыте, когда внедряются новые или усовершенствованные методы производства изделий, в т.ч. реализованные ранее в производственной практике в смежных областях одного предприятия, других предприятий и других стран и распространяемые путем технологического обмена (беспатентные лицензии, ноу-хау, инжиниринг и т.п.).

Наукоемкая технология . Технология, основанная на новых или значительно усовершенствованных методах производства. Новой технологии соответствует понятие радикальной продуктовой инновации, а усовершенствованной – инкрементальной продуктовой инновации.

Наукоемкие технологии – это технологии, ориентированные на выпуск продукции, выполнение работ и услуг с использованием последних достижений науки и техники, когда получаемая продукция соответствует по своим экономическим и эксплуатационным свойствам лучшим мировым образцам и вполне удовлетворяет новые потребности общества по сравнению с ранее выпускавшейся аналогичного назначения. Создание таких технологий включает проведение обеспечивающих научных исследований и разработок, что приводит к дополнительным затратам средств и необходимости привлечения к работам научного потенциала и персонала. Наукоемкость – показатель, отражающий пропорцию между научно-технической деятельностью и производством в виде величины затрат на науку, приходящихся на единицу продукции. Она может быть представлена соотношением числа занятых научной деятельностью и всеми занятыми в производстве (на предприятии, в отрасли и т.д.).

Высокая технология (High Technology). Технология, базирующаяся на создании новых свойств изделий путем воздействия на материалы на межмолекулярном, межатомном, внутриатомном и т.п. уровнях. Примерами таких воздействий может быть использование энергии ядерного излучения (полимеризация высокомолекулярных соединений), космического излучения (получение сверхчистых материалов), лазерная, плазменная, ультразвуковая и т.п. виды обработки.

Критическая технология . Технология, разработка которой обусловлена критической ситуацией, вызванной необходимостью срочного выпуска продукции в условиях ограниченного времени и ограниченных материальных ресурсов. Технология, далекая от оптимальной, когда главенствующим является не себестоимость изделий, а необходимость их изготовления к определенному календарному сроку.

Разработка технологических процессов (ТП) входит основным разделом в этап «жизненного цикла изделия», связанный с технологической подготовкой производства, и выполняется на основе принципов "Единой системы технологической подготовки производства" (ГОСТ 14.001-83). ТП может разрабатываться с использованием имеющегося типового или группового ТП. При отсутствии таковых ТП разрабатывается как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных ТП - аналогах.

Базовой исходной информацией для проектирования ТП служат: рабочие чертежи изделия в электронном виде или в твердой копии, технические требования, объем годового выпуска изделий, наличие оборудования и оснастки.

В машиностроении изделием называют предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия может выступать машина, устройство, механизм, инструмент и т.п. В качестве составных частей изделия приняты сборочная единица и деталь. Сборочная единица – это часть изделия, составные элементы которой подлежат соединению на предприятии обособлено от других элементов изделия. Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы более высоких порядков и детали. Различают сборочные единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная единица первого порядка входят непосредственно в изделие. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка и деталей. Сборочная единица второго порядка расчленяется на детали или сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмотренное деление изделия на составные части производится по технологическому признаку.

Деталь – это изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Характерный признак детали – отсутствие в ней разъемных и неразъемных соединений. Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих различные функции при эксплуатации машины.

Производственный процесс – это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Например, производственный процесс изготовления машины включает не только изготовление деталей и их сборку, но и добычу руды, ее транспортирование, превращение в металл, получение заготовок из металла. В машиностроении производственный процесс представляет собой часть общего производственного процесса и состоит из трех этапов: получение заготовки, преобразование заготовки в деталь, сборка изделия. В зависимости от конкретных условий перечисленные три этапа можно осуществлять на разных предприятиях, в разных цехах одного предприятия и даже в одном цехе.

Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. 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, транспортирование и др. Для осуществления технологического процесса необходима совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения, и рабочее место.

Технологическое оборудование – это средство технологического оснащения, в котором для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку.. К ним относят, например, литейные машины, прессы, станки, испытательные стенды и т.п.

Технологическая оснастка – это средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. К ним относятся: режущий инструмент, приспособления, измерительные средства.

Технологическое оборудование совместно с технологической оснасткой, а в некоторых случаях и манипулятором, принято называть технологической системой. Этим понятием подчеркивается, что результат технологического процесса зависит не только от оборудования, но и в не меньшей степени от приспособления, инструмента, заготовки.

Заготовкой называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготавливают деталь. Заготовку перед первой технологической операцией называют исходной заготовкой.

Рабочее место представляет собой элементарную единицу структуры предприятия, где размещены исполнители работы и обслуживаемое технологическое оборудование, подъемно-транспортные средства, технологическая оснастка и предметы труда.

По организационным, технологическим и экономическим причинам технологический процесс подразделяется на части, которые принято называть операциями.

Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего технологической системой, установку и снятие предмета труда, а также движения рабочих органов технологической системы. Число операций в технологическом процессе может изменяться от одной (изготовление детали на прутковом автомате, изготовление корпусной детали на многооперационном станке) до многих десятков (изготовление турбинных лопаток, сложных корпусных деталей). Формируют операцию, главным образом, по организационному принципу, так как она является основным элементом производственного планирования и учета.

В свою очередь, технологическая операция также состоит из ряда элементов: технологических и вспомогательных переходов, установа, позиций, рабочего хода.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технических режимах и установке. Вспомогательный переход – это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (например, установка заготовки, смена инструмента и т.п.). Переход можно выполнять в один или несколько рабочих ходов.

Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки. При обработке заготовки со съмом слоя материала используется термин «припуск».

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств изготавливаемой поверхности. Слой материала, удаляемый с одной поверхности готовой детали в результате выполнения всех технологических переходов, называется общим припуском на обработку этой поверхности.

Этап жизненного цикла изделия (ЖЦИ), связанный с технологической подготовкой производства, предусматривает:

Проектирование рациональной заготовки;

Разработку маршрутной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием исходных заготовок и необходимого технологического оборудования;

Разработку операционной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием средств технологического оснащения (СТО);

Разработку технологической документации в соответствии с ЕСТД;

Генерацию УП для оборудования с ЧПУ;

Выбор или проектирование средств механизации и/или автоматизации технологических процессов (ТП);

Разработку планировочных решений по размещению технологического оборудования на предусматриваемой территории;

Ведение архива технологической документации;

Оформление изменений в технологической документации, связанных с конструкторскими доработками или совершенствованием ТП.

Заготовка выбирается или проектируется, исходя из соображений, оптимизации всего технологического процесса (ТП), включая заготовительный этап и последующую обработку. При необходимости проводится технико-экономическое обоснование. Проектирует заготовку технолог механического цеха, а ее изготовление осуществляется по технологии заготовительного подразделения предприятия или смежника.

При проектировании заготовки ее размеры определяются по результатам расчета т.н. межоперационных припусков. Припуск – слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Различают общий припуск и промежуточные припуски по всем последовательно выполняемым технологическим переходам и операциям обработки данной поверхности детали. Общий припуск на какую либо поверхность представляет собой сумму промежуточных припусков на ту же поверхность. Промежуточные припуски необходимы для определения промежуточных (по технологическим переходам и операциям) размеров деталей, общий – для определения размеров заготовок. В практике используются расчетно-аналитический и опытно-статистический методы расчета припусков.

Технология в любой области человеческой деятельности – это отрасль науки, занимающаяся исследованием закономерностей технологических процессов изготовления изделий, с целью использования результатов изучения для обеспечения требуемого качества и количества изделий с наивысшими технико-экономическими показателями. Наука о технологии – это не просто сумма каких-то знаний о технологических процессах, а система строго сформулированных положений о явлениях и их глубинных связях, выраженных посредством особых понятий. С другой стороны, наука о технологии, как и любая отрасль знания, - это результат практической деятельности человека; она подчинена целям развития общественной практики и способна служить теоретической основой.

Объектом технологии является технологический процесс, а предметом – установление и исследование внешних и внутренних связей, закономерностей технологического процесса. Только на основе их глубокого изучения возможно построение прогрессивных технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, обеспечивающих изготовление изделий высокого качества с малыми затратами.

Современная технология развивается по следующим основным направлениям: создание новых материалов; разработка новых технологических принципов, методов, процессов, оборудования; механизация и автоматизация технологических процессов, устраняющая непосредственное участие в них человека. Если осуществление технологического процесса порождает необходимость изготовления орудий труда, являясь причиной их появления, то развитие и совершенствование орудий труда в свою очередь стимулирует совершенствование самого процесса. Становление технологии как научной дисциплины затруднено огромным разнообразием объектов производства (от миниатюрных приборов до атомных электростанций, от простейших изделий типа молотка до сложнейших машин – таких, как космический корабль), бесчисленным множеством методов изготовления и оборудования для их осуществления. Этим обусловлено большое количество классификаций технологий по различным признакам. Приведем только некоторые.

Технологические процессы по функциональному составу подразделяются на заготовительные процессы для получения заготовок, процессы обработки заготовок для получения деталей и сборочные процессы.

Для качественного функционирования заготовительного производства очень важен современный подход к проектированию заготовки с точки зрения оптимизации себестоимости ее изготовления с учетом объема последующей обработки и коэффициента использования материала. Необходимо также учитывать и объемы выпуска продукции, ибо от этого в существенной степени зависит подход к построению технологического процесса. Сокращение расхода металлов и других конструкционных материалов достигается путем их более эффективного использования, применения при проектировании новых изделий прогрессивных решений, а также совершенствования методов обработки материалов.

Значительное сокращение расхода материалов может быть достигнуто при переходе на принципиально новые технологические процессы изготовления заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам готовых деталей. Сокращение припусков на механическую обработку в свою очередь связано с повышением точности заготовок и уменьшением толщины дефектного поверхностного слоя. Технология малоотходного производства способствует также интенсификации механической обработки, так как в ряде случаев могут быть исключены черновые операции (точение, зубофрезерование и другие), которые с успехом заменяются силовым шлифованием или иной чистовой обработкой с высокими режимами резания.

По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения 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 готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.

К числу основных технологических процессов малоотходного производства заготовок, как известно из курса «Технология конструкционных материалов» относятся: прогрессивные методы изготовления литых заготовок из металлов и пластмасс; методы получения заготовок горячим и холодным пластическим деформированием, включая в себя процессы изготовления заготовок без использования прессового оборудования (взрывом, электроимпульсная), холодной высадки и калибровки для исключения последующей механической обработки и т.д.; методы работы с любыми листовыми материалами (металлы, ткани, кожа, пластмассы и т.п.) путем вырубки или раскроя с использованием прогрессивных методов (газопламенного, плазменного, лазерного); современные методы и оборудование для резки материалов, включая электроконтактную, позволяющую значительно повысить производительность при работе с трудно обрабатываемыми материалами. Для заготовок из металло- и минералокерамики получили распространение методы и оборудование порошковой металлургии.

Основу технологических процессов изготовления деталей составляют формообразующие методы, методы изменения физико-механических свойств материала, методы воздействия на качество поверхностного слоя (методы покрытия, отделки, окраски и др.). Формообразующие методы в свою очередь делятся на методы со съемом материала и без съема материала. Первые подразделяются на методы обработки резанием (точение, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, протягивание и др.), методы абразивной обработки (шлифование, хонингование, полирование и др.), электрофизические и электрохимические методы.

К методам без съема материала относятся методы пластического деформирования; к методам изменения физико-механических свойств материала относятся различные виды термической обработки, химико-термические процессы.

Технологический процесс сборки содержит действия по установке и образованию соединений деталей, сборочных единиц в изделие. При этом учитывается технически и экономически целесообразная последовательность получения изделия. Качество сборочной единицы характеризуется точностью относительного движения или расположения деталей в сборочной единице, силовым замыканием, натягом в неподвижных соединениях, зазором в подвижных соединениях, качеством прилегания поверхностей и другими.

Под сборочной операцией понимается процесс непосредственного формирования сборочной единицы. Он, как правило, включает ориентацию, соединение, регулировку и закрепление (фиксацию) деталей и сборочных единиц. Сборку соединений условно можно разделить на сборку с натягом и без натяга. Сборка с натягом осуществляется или методом пластического деформирования, или тепловым методом. В свою очередь тепловой метод реализуется посредством нагрева охватывающей детали и (или) охлаждения охватываемой детали.

По масштабу выпуска продукции современное промышленное производство и, в частности машиностроение, условно делится на три типа: единичное, серийное и массовое. Формирование операций для этих типов производств осуществляется по-разному в зависимости от характера, вида и формы организации сборочного процесса.

Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах, зачастую индивидуально, и либо совсем не повторяются, либо повторяются через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства – изделия, не имеющие широкого применения и изготавливаемые по индивидуальным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях машиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).

В условиях единичного и мелкосерийного производства деление на операции осуществляется, как правило, по собираемым сборочным единицам из расчета того, что каждая машина состоит из ряда сборочных единиц: узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Такое деление изделий машиностроения на сборочные единицы необходимо для облегчения сборки и позволяет создавать машины по агрегатному принципу. Большое значение имеет унификация сборочных единиц, т.к. она позволяет сократить число специальных сборочных единиц и тем самым способствует уменьшению затрат. Деление на отдельные сборочные единицы позволяет осуществлять их изготовление и регулирование одновременно, независимо одна от другой и, следовательно, сокращать сроки изготовления машины. При этом желательно, чтобы каждая сборочная единица содержала бы как можно меньшее число деталей.

Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. Серийное производство делится на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Одним из показателей принадлежности того или иного производства к определенному типу является т.н. коэффициент закрепления операций за одним рабочим местом. Для мелкосерийного производства коэффициент колеблется от 20 до 10, для среднесерийного соответственно от 20 до 10, для крупносерийного – от 1 до 10.

Массовое производство характеризуется небольшой номенклатурой, большим объемом выпуска изделий, непрерывным изготовлением или ремонтом изделий продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна, постоянно повторяющаяся операция. В условиях массового и крупносерийного производства формирование переходов в операции производится в соответствии с необходимой последовательностью выполнения установки и закрепления деталей и других сборочных единиц в собираемый объект так, чтобы общие затраты времени на операцию были близки или кратны такту выпуска изделий. При возможности изменения в последовательности установки и закреплении сборочных единиц переходы в операции формируются таким образом, чтобы одинаковые по характеру и квалификации работы выполнял один рабочий. Это позволяет увеличивать производительность, так как совершенствуются навыки рабочего, и уменьшать потребности в оборудовании и рабочем инструменте.

В массовом и крупносерийном производствах используется специальное и специализированное оборудование, перенастройка которого на новый (не известный в момент проектирования оборудования) вид продукции невозможна или связана со значительными затратами. В средне- и мелкосерийном производстве основная доля парка оборудования до сих пор приходится на станки с ручным управлением, резервы повышения производительности которых в основном исчерпаны. Поэтому увеличение объема этого вида производства требует пропорционального роста числа квалифицированных рабочих, нехватка которых остро ощущается уже при существующих объемах выпуска продукции. В результате в промышленности возникли две встречные задачи: обеспечение гибкости крупносерийного и повышение производительности средне- и мелкосерийного производств. Производительность (производственную мощность) можно определить как число изделий, изготавливаемых в производственной системе за некоторый интервал времени, обычно за год.

Ярко выраженное массовое производство характеризуется одной и той же постоянно повторяющейся операцией на протяжении определенного отрезка календарного времени, т.е. для такого производства коэффициент закрепления операций равен единице. Соответственно чем выше этот коэффициент, тем ниже серийность, т.е., скажем, для единичного производства он может достигать многих десятков или сотен.

Если рассматривать в комплексе современное промышленное предприятие, то можно отметить, что в нем сконцентрированы технологии основного и вспомогательного производства и сопутствующие процессы. Основное производство занимается непосредственным изменением качественного состояния предметов труда. В результате могут происходить изменения свойств предметов труда: могут изменяться физические, химические, механические свойства материалов и полуфабрикатов, размеры и форма предметов труда, качество поверхностного слоя, внешний вид и др. Для качественного преобразования предметов труда необходимы затраты энергии, времени и материальных средств. При этом технологический процесс или его части могут осуществляться при непосредственном участии человека или без него.

Вспомогательное производство характеризуется процессами, которые необходимы для осуществления процессов основного производства. Как известно, операции технологического процесса осуществляются на технологическом оборудовании с использованием средств технологического оснащения. Технологическое оборудование нужно поддерживать в рабочем состоянии и обеспечить определенные выходные характеристики. Поэтому на большинстве промышленных предприятий организуется служба главного механика, занимающаяся профилактическим и капитальным ремонтом технологического оборудования. Технологическую оснастку (приспособления, обрабатывающий и измерительный инструменты) наиболее целесообразно закупать на стороне, но если по основному технологическому процесс требуется специальная оснастка, ее приходится изготавливать в инструментальных подразделениях предприятия. То же касается и переточки затупившегося обрабатывающего инструмента. Служба главного энергетика занимается бесперебойным снабжением основного производства энергией. Служба снабжения занимается обеспечением основного и вспомогательного производства всеми необходимыми комплектующими и материалами.

Сопутствующие процессы. Во время основного и вспомогательного процессов, как правило, имеют место процессы трения, выделения тепловой энергии и нагрева элементов технологической системы, вибрации, химической реакции; все они могут как положительно, так и отрицательно влиять на результаты технологического процесса. Сопутствующие процессы – это объективно действующие процессы независимо от нашего желания, поэтому приходится принимать различные меры по уменьшению их вредного влияния.

Аннотация: Рассматриваются методы разработки технологических процессов при неавтоматизированной и автоматизированной подготовке производства. Показана необходимость использования установленных отечественных стандартов ЕСКД и технических классификаторов деталей (ТКД) как логического продолжения ЕСКД.

Показать необходимость и важность компьютеризации при проектировании технологических процессов.

6.1. Общая постановка задачи

Современное производство использует самый широкий спектр технологий при проектировании технологических процессов. Применение той или иной технологии в каждом конкретном случае должно быть представлено в виде технологического процесса (ТП).

Технологический процесс (ТП) определяет последовательность выполняемых действий при изготовлении или сборке, вид выбранного материала, используемое оборудование и инструмент, технологические режимы (для литья из пластмасс - температурный режим, давление впрыска, усилие запирания, время выдержки и т. д.). ТП сборки описывает последовательность действий при сборке электронных узлов изделия.

При неавтоматизированной подготовке производства технологические процессы разрабатываются непосредственно в виде комплектов технологической документации. При использовании автоматизированных систем ТПП создаваемые описания технологических процессов размещаются в компьютерной базе данных, а соответствующая документация становится лишь отображением внутреннего представления ТП во внешнюю сферу. Хранящиеся в базе данных ТП являются основным источником информации для решения задач автоматизированного управления технологической подготовкой производства. При этом разработка ТП выполняется с помощью специальных систем автоматизированного проектирования ТП (САПР ТП ).

Важную роль при проектировании индивидуальных ТП играют групповые ТП . Они являются элементом рационально организованного группового производства .

Принципы организации группового производства были разработаны профессором С.П. Митрофановым и впоследствии развиты представителями его школы. Эти принципы приняты на вооружение и успешно используются ведущими предприятиями всех стран мира.

В групповом производстве изготавливаемые изделия объединяются в группы по признакам конструктивной и технологической общности. Это дает возможность унифицировать процессы их изготовления, сократить общее время подготовки производства и повысить ее эффективность. Для объединения изделий в группы применяются специальные классификаторы ,а после отнесения изделия в ту или иную группу ему присваивается соответствующий классификационный код .В отечественной промышленности принята унифицированная система классификации и кодирования изделий по конструкторским признакам, которая устанавливается стандартами ЕСКД. Для целей ТПП используется технологический классификатор деталей (ТКД), который является логическим продолжением классификатора ЕСКД.

Групповой ТП - это ТП изготовления группы изделий с общими технологическими признаками. Групповой ТП характеризуется общностью используемого оборудования, средств технологического оснащения и наладки. Таким образом, применение групповых ТП способствует унификации процессов подготовки производства и самого производства.

6.2. Функции и проблемы технологической подготовки производства

Эта задача должна решаться специалистами служб ТПП в тесном контакте с конструкторами изделия. В результате нужно добиться максимально возможного упрощения процессов изготовления деталей изделия и процессов его сборки. При окончательном определении конструкции нужно представлять, какая оснастка понадобится для изготовления той или иной детали, и стараться упростить оснастку за счет допустимых изменений в конструкции.

Например, пластмассовый корпус прибора нужно спроектировать так, чтобы пресс-форма для его изготовления была возможно более простой (с меньшим числом линий разъема и т. п.).

Разумеется, упрощения конструкции не должны приводить к ухудшению внешнего вида (дизайна), качества или эксплуатационных характеристик изделия.

Поэтому обеспечение технологичности во многих случаях является сложной творческой задачей, требующей оптимального учета многих технических и экономических факторов.

Технологичности конструкции изделия способствуют также унификация и стандартизация. Они дают возможность заимствования или приобретения готовых деталей и узлов изделия. Например, установка в приборе стандартного блока питания избавляет предприятие от затрат на его проектирование и изготовление.

Технологичность конструкции является основным критерием, определяющим пригодность аппаратуры к промышленному выпуску.

Под технологичностью конструкции понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Начиная с момента разработки эскизного проекта и до момента изготовления опытного образца и серии изделий необходимо максимизировать данный фактор. Характер отработки конструкции изделия на технологичность зависит не только от стадии проектирования, но и от вида производства и объема выпуска, типа, назначения изделия; прогрессивности оборудования и оснастки, организации производства. Целесообразной является отработка технологичности конструкции в процессе ее проектирования.

Оценку технологичности производят на основе использования частных и комплексного показателей. Состав относительных частных показателей и значения коэффициентов значимости определяются классом, к которому относится разрабатываемое изделие.

Номенклатура показателей технологичности сборочных единиц и блоков РЭА установлена отраслевым стандартом. В соответствии с ним все блоки РЭА условно разбиты на 4 класса:

• радиотехнические;
• электронные;
• электромеханические;
• коммутационные.

Для каждого класса установлены свои показатели технологичности в количестве не более 7.

Расчет показателей технологичности конструкции проводится по определенной методике для радиотехнического класса РЭА.

6.3. Классификация технологических процессов

Первым этапом проектирования ТП является разработка предварительного проекта, вторым - разработка рабочей технологической документации на стадии опытного образца (партии), установочной серии, установившегося серийного или массового производства.

Предварительный проект предназначен для отработки и проверки технологичности конструкции изделия на стадиях эскизного и технического проектов разработки конструкторской документации, для подготовки и разработки рабочей документации .

Под рабочей технологической документацией подразумевается совокупность технологических документов (карт, инструкций, ведомостей), которые содержат все данные, необходимые для изготовления и контроля изделия.

Технологические процессы разделяются на следующие виды.

• Проектный технологический процесс, выполняемый по предварительному проекту технологической документации.
• Рабочий технологический процесс, выполняемый по рабочей технологической и конструкторской документациям.
• Единичный технологический процесс, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.
• Типовой технологический процесс, характеризуемый единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.
• Стандартный технологический процесс - технологический процесс, установленный стандартом.
• Временный технологический процесс, применяемый на предприя-ии в течение ограниченого периода времени из-за отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный.
• Перспективный технологический процесс, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.
• Маршрутный
• Операционный технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки.
• Маршрутно-операционный технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки.
• Групповой технологический процесс, который разрабатывается не на одну деталь, а на группу деталей, сходных по технологическим признакам.

6.4. Содержание работ проектирования технологических процессов

Разработка технологических процессов производится для изделий, конструкция которых отработана на технологичность и включает комплекс взаимосвязанных работ . К ним относятся:

• выбор заготовок;
• выбор технологических баз;
• подбор типового технологического процесса;
• определение последовательности и содержания технологических операций;
• определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытания);
• назначение и расчет режимов обработки;
• нормирование процесса;
• выбор средств механизации и автоматизации элементов технологических процессов и внутрицеховых средств транспортирования и другие.

При разработке технологических процессов используются классификаторы технологических операций, системы обозначения, , стандарты, каталоги, справочники и "Единая система технологической документации (ЕСТД)".

При разработке типовых технологических процессов необходимо учитывать конкретные производственные условия типового представителя группы изделий, обладающих общими конструктивно-технологическими признаками.

К типовому представителю группы изделия обычно относится такое изделие, изготовление которого требует наибольшего количества основных и вспомогательных операций, характерных для изделий, входящих в эту группу.

Необходимость разработки типовых технологических процессов определяется экономической целесообразностью, связанной с частотой применения изделия группы. Типизация осуществляется в двух направлениях:

• типизация комплексных технологических процессов изготовления однотипных изделий;
• типизация и стандартизация отдельных операций обработки различных изделий.

Типовые технологические процессы могут быть оперативными и перспективными.

Типовые технологические процессы и стандарты на технологические операции являются информационной основой при разработке рабочего технологического процесса.

6.5. Виды технологических документов

Разработанные технологические процессы оформляются в виде технологических документов следующих видов, предусмотренных Государственным стандартом ЕСТД (ГОСТ 3.1001-74 -3.1106-74 и т. д.).

1. Маршрутная карта (МК) - технологический документ, содержащий описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия (включая контроль и перемещения) по всем операциям различных видов и технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах в соответствии с установленными формами. Маршрутная карта является обязательным документом. Эту карту допускается разрабатывать на отдельные виды работ.
2. Карта эскизов (КЭ) - технологический документ, который содержит эскизы, схемы и таблицы, необходимые для выполнения технологического процесса, операции или перехода изготовления или ремонта изделия.
3. Технологическая инструкция (ТИ) - технологический документ, который содержит описание приемов работы или технологических процессов изготовления или ремонта изделия, правил эксплуатации средств технологического оснащения, описания физических и химических явлений, возникающих при отдельных операциях.
4. Комплектовочная карта (КК) - технологический документ, который содержит данные о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия.
5. Ведомость расцеховки (ВР) - технологический документ, содержащий данные о маршруте прохождения изготовленного (ремонтированного) изделия по службам предприятия.
6. Ведомость оснастки (ВО) - технологический документ, который содержит перечень технологической оснастки, необходимой для выполнения данного технологического процесса или операции.
7. Ведомость материалов (ВМ) - технологический документ, содержащий данные о заготовках, нормах расхода материала, маршруте прохождения изготавливаемого изделия и его составных частей.
8. Ведомость сборочных единиц к типовому технологическому процессу (ВТП) - технологический документ, содержащий перечень сборочных единиц . Эти единицы изготавливаются по типовому технологическому процессу (операции) с указанием соответствующих данных о трудозатратах и при необходимости - о материалах, технологической оснастке и режимах.
9. Карта технологического процесса (КТП) - технологический документ, который содержит описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия (включая контроль и перемещения) по всем операциям, выполняемым в одном цехе в технологической последовательности, с указанием данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых нормативах.

   Для отдельных видов работ, связанных технологическим маршрутом изготовления изделий с другими видами работ, допускается разрабатывать КТП с указанием всех видов работ, выполняемых в разных цехах. При этом если КТП охватывает весь маршрут изготовления данного изделия, то она заменяет МК, и последняя не разрабатывается.

10. Карта типового технологического процесса (КТТП) - технологический документ, содержащий описание типового технологического процесса изготовления и ремонта группы сборочных единиц в технологической последовательности с указанием операций и переходов и соответствующих данных о средствах технологического оснащения и материальных нормативах.
11. Операционная карта (ОК) - технологический документ, содержащий описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных о средствах технологического оснащения.
12. Операционная карта типовая (ОКТ) - технологический документ, содержащий описание типовой технологической операции с указанием переходов, данных о технологическом оборудовании и, при необходимости, о технологической оснастке и режимах обработки.
13. Ведомость операций (ВОП) - технологический документ, который содержит перечень и описание всех операций технологического контроля, выполняемых в одном цехе, с указанием данных об оборудовании, оснастке и требований к контролируемым параметрам .

6.6. Основные документы АСТПП

Основными документами являются:

• МК - маршрутная карта;
• КТП - карта технологического процесса;
• ВТП - ведомость сборочных единиц к типовому технологическому процессу.

Основной документ в отдельности или в совокупности с другими документами, записанными в нем, полностью и однозначно определяет технологический процесс изготовления изделия по всем или отдельным видам работ .

ЕСТД установлены формы документов общего и специального назначения. Общие документы предназначены для оформления в них различных видов работ . К ним относятся: МК, КЭ, ТИ, КК, ВР, ВО, ВМ и ВТП.

Специальные документы предназначены для оформления в них технологических процессов, специализированных по отдельным видам работ . К ним относятся: КТП, КТТП, ОК, ОКТ, ВОП.

Имеются также прочие документы. К ним относятся, например, карта учета обозначений, карта применяемости оснастки, технологический паспорт и другие, отличающиеся тем, что они не имеют графы "обозначение технологического документа" по ГОСТ 3.1201-74.

Разработку технологических процессов начинают с изучения, анализа и технологического контроля исходных данных: чертежей, описаний, технических условий и прочей конструкторской документации, а также программных заданий на выпуск изделия. По этим материалам знакомятся с назначением и конструкцией изделия, его техническими характеристиками, требованиями к качеству, сроками его изготовления и условиями эксплуатации. Дальнейшая работа складывается из следующих основных этапов:

• 1. Определяют возможный тип производства (единичное, серийное или массовое).
• 2. С учётом установленного типа производства анализируют технологичность конструкции изделия и составляют мероприятия по её повышению. Отработку изделия на технологичность считают обязательным этапом технологического проектирования.
• 3. Выбирают, а затем подтверждают соответствующими расчётами наиболее технологичный и экономичный метод получения заготовки.
• 4. Подбирают эффективные способы и последовательность обработки поверхностей, определяют технологические базы.
• 5. Составляют технологический маршрут обработки детали. Для каждой операции предварительно подбирают оборудование и технологическую оснастку, определяют величину припусков на обрабатываемые поверхности.
• 6. Уточняют структуру и степень концентрации операций: устанавливают содержание и последовательность выполнения всех переходов.
• 7. Для каждой операции окончательно выбирают режущий, вспомогательный, контрольно-измерительный инструмент и приспособления.
• 8. Устанавливают необходимые режимы резания и настроечные размеры; рассчитывают составляющие силы и моменты сил резания.
• 9. Проверяют соответствие подобранного оборудования по мощности приводов и прочности его механизмов и степени его загрузки.
• 10. Выполняют аналитические расчёты прогнозируемой точности обработки и шероховатости функциональных поверхностей.
• 11. Производят техническое нормирование операций, устанавливают квалификацию исполнителей, определяют экономичность и эффективность спроектированного технологического процесса.
• 12. Разрабатывают комплект необходимой технологической документации.

В процессе разработки технологических процессов для конкретных деталей объём всего комплекса проектных работ и содержание отдельных этапов могут уточняться и изменяться. Несколько взаимосвязанных этапов могут объединяться в один общий, может меняться последовательность их выполнения.

Определение типа производства. Тип производства определяет характер технологических процессов, их построение, степень углублённости, состав задач и последовательность их решения. Следовательно, перед началом технологического проектирования устанавливают тип производства.

Отработка изделия на технологичность и технологический контроль чертежа. В начале проектирования технологического процесса после определения типа производства конструкции изделий отрабатывают на технологичность. Осуществляют технологический контроль чертежей, технических условий и прочей конструкторской документации для конкретных производственных условий - типа производства и принятой формы организации труда. При этом стремятся улучшить технологичность конструкции изделий, например до минимума сократить размеры обрабатываемых поверхностей; для многоинструментальной обработки на интенсивных режимах резания повысить жёсткость конструкции; для сокращения номенклатуры применяемого инструмента унифицировать размеры пазов, канавок, фасок, переходных поверхностей и прочих элементов; обеспечить надёжное и удобное базирование заготовок с возможностью совмещения конструкторских технологических и измерительных баз и др. Проверяют достаточность видов проекций, разрезов и сечений на рабочих чертежах, а также правильность простановки размеров. Анализируют обоснованность требований к точности размеров и шероховатости поверхностей. Весьма часто конструкторы завышают требования к точности размеров и занижают регламентируемую шероховатость поверхностей детали, что усложняет технологический процесс её изготовления. В таблице 10.1 представлены рекомендуемые значения шероховатости поверхностей в зависимости от их функционального назначения.

Результаты технологического контроля и анализа конструкторской документации вместе с предложениями по повышению технологичности конструкции технологи обсуждают с конструкторами.

Выбор заготовки. Заготовку выбирают исходя из минимальной себестоимости готовой детали для заданного годового выТаблица 10.1

Оптимальные значения параметров шероховатости поверхностей деталей

Поверхности деталей
Опорные шейки валов: под подшипники скольжения под вкладыши гп чугуна под подшипники качения	0,2-0,5 0,32-0,5 0,63-2,0
Поверхности валов, работающих иод нафузкой
Напылённые поверхности трения скольжения
Свободные несопрягаемые торны валов, фланцев, крышек
Опорные поверхности корпусов, кронштейнов, шкивов и других деталей, не являющихся посадочными
Поверхности посадочных отверстий зубчатых колёс
Шейки и кулачки распределительных валов
Поверхности отверстии рычагов, вилок, сопрягаемых валами или осями
Коррозирующпе гюверхi«ости
Поверхности, соединяемые с натягом
Боковые поверхности:
зубьев колёс
ниток червяков
Поверхности основания отверстий корпусов:
стальных
чугунных
Сопрягаемые поверхности корпусов и крышек
Рабочая поверхность фланцев иод уплотнения

пуска. Чем больше форма и размеры заготовки приближаются к форме и размерам готовой детали, тем дороже она в изготовлении, но тем проще и дешевле её последующая механическая обработка и меньше расход материала. Задача решается минимизацией суммарных затрат средств на изготовление заготовки и её последующую обработку.

В поточно-массовом и серийном производстве стремятся приблизить конфигурацию заготовки к готовой детали, увеличить точность размеров и повысить качество поверхностей. При этом резко сокращается объём механической обработки, а коэффициент использования металла достигает величины 0,7-0,8 и более. В условиях мелкосерийного и единичного производства требования к конфигурации заготовки менее жёсткие, а желательная величина коэффициента использования металла не менее 0,6.

Следует учитывать, что руководящим положениям об экономии материалов, о создании безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов в машиностроении отвечает тенденция использования более точной и сложной заготовки. Для таких заготовок требуется более дорогая технологическая оснастка в заготовительном цехе, затраты на которую могут оправдать себя лишь при достаточно большом объёме годового выпуска заготовок.

Для того чтобы применить точные горячештампованные заготовки в серийном производстве, предусматривают применение одной групповой (комплексной) заготовки для нескольких близких по конфигурации и размерам деталей.

Применение прогрессивных заготовок со стабильными характеристиками качества является важным условием организации гибкого автоматизированного производства, требующего быстрой переналадки оборудования и оснастки. При низкой точности размеров заготовок, увеличенных припусках, больших колебаниях твёрдости материала, плохом состоянии необработанных баз нарушается безотказность работы приспособлений, ухудшаются условия работы инструментов, снижается точность обработки, возрастают простои оборудования.

В машиностроении в качестве заготовок наиболее часто употребляют отливки, поковки, заготовки, получаемые непосредственно из проката и с применением сварки, а также сварные комбинированные, металлокерамические и пр.

В таблице 10.2 представлены основные способы изготовления отливок, их особенности и области применения в зависимости от требуемой массы заготовки, используемого материала. В таблице 10.3 приведены основные способы горячей штам-

Таблица 10.2

Способы изготовления отливок, их особенности и область применения

изготовления		Материал	Область применения и особенность способа
Разовые формы
Ручная формовка: в стержнях			Отливки со сложной ребристой поверхностью (головки и блоки цилиндров, направляющие)
в почве открытая		Сталь, серый, ковкий и высокопрочный чугун, цветные металлы и сплавы	Отливки, не требующие механической обработки (плиты, подкладки)
в мелких и средних опоках			Рукоятки, шестерни, шайбы, втулки, рычаги, муфты, крышки
Машинная формовка: в мелких и средних опоках			Шестерни, подшипники, муфты, маховики; позволяет получать отливки повышенной точности с низкой шероховатостью поверхности

Литьё в оболочковые формы: песчаносмоляные		Сталь, чугун и	Ответственные фасонные отливки в крупносерийном и массивом производстве
химически твердеющие тонкостенные (10-20 мм)			Ответственные фасонные мелкие и средние отливки
жидкостекольные оболочковые		Углеродистые и коррозионно- стойкие стали, кобальтовые, хромистые и алюминиевые сплавы, латунь	Точные отливки с низкой шероховатостью поверхности в серийном производстве
выплавляемым		Высоколегиров анные стали и сплавы	Лопатки турбин, клапаны, дюзы, шестерни, режущий инструмент, детали приборов. Керамические стержни позволяют изготовлять огливки толщиной 0,3 мм и отверстия диаметром до 2 мм
замораживаемым			Тонкостенные отливки (минимальная толщина стенки 0.8 мм, диаметр отверстия до 1 мм)

Литьё по газифицируемым моделям			Мелкие и средние отливки (рычаги, втулки, цилиндры, корпуса)
Многократные формы
Литьё в формы: гипсовые
цементные
глинистые			Крупные и средние отливки в серийном производстве
графитовые
каменные		Сталь, чугун, цветные металлы и сплавы
мегаллокерами- ческие и керамические
Литьё в кокиль: с горизонтальной, вертикальной и комбинированной плоскостью разъёма	7(чугун), 4 (сталь), 0,5 (цветные металлы и сплавы)		Фасонные отливки в крупносерийном и массовом производстве (поршни, корпуса, диски, коробки подач, салазки)
облицованный		Сталь аустенитного и ферритного классов	Лопатки рабочих колёс гидротурбин. коленчатые валы, буксы, крышки букс и другие крупные толстостенные отливки

Литьё под давлением: на машинах с горизонтальными и вертикапьными камерами прессования		Магниевые, алюминиевые, цинковые и свинцово- оловянные сплавы, сталь	Отливки сложной конфигурации (тройники, колена, кольца электродвигателей, дел ал и приборов, блок двигателя)
с применением вакуума			Плотные отливки простой формы
Центробежное литьё на машинах с осью вращения: вертикальной		Чугун, сталь, бронза и др.	Отливки типа тел вращения (венцы, шестерни, бандажи, колеса, фланцы, шкивы, маховики), двухслойные заготовки (чугун, бронза, сталь, чугун) при l/J 1
горизонтальной			Грубы, гильзы, втулки, оси при ltd " 1
Литьё под низким давлением		Чугун, алю- миниевые	Тонкостенные отливки с толщиной стенки 2 мм при высоте 500-600 мм (головки блока цилиндров, поршни, гильзы)
кристаллизацией под давлением			Слитки, уплотнённые фасонные отливки с глубокими полостями (лопатки, детали арматуры высокого давления)

Таблица 10.3

Способы горячей штамповки

получения заготовок	Характеристика получаемых заготовок	Припуски и допуски
Штамповка в открытых	Масса до 3 т (в основном 50-100 кг); сложной формы. Углубления или отверстия в боковых стенках поковок невозможны	Припуски и допуски Г10 ГОСТ 7505-89. Припуски на сторону для поковок, изготовляемых на молотах, массой до 40 кг с размерами до 800 мм - от 0,6-1,2 до 3,0-6,4 мм. Поле допусков от 0,7-3,4 до 1.6- 11 мм. Для штампованных заготовок, изготовляемых на криво-шипных прессах, припуски на 0,1 -0,6 мм меньше. При холодной калибровке (чеканке) допуски от i 0.1-0,25 мм (калибровка обычной точности) до ± 0,05-0,1 5 мм (калибровка повышенной точности)
Штамповка в закрытых	Масса до 50-100 кг; простой формы, преимущественно в виде тел вращения. Применяются для сокращения расхода металла (отсутствует заусенец) и для сталей и сплавов с пониженной пластинносткю
Вылавливание и прошивка	Масса до 75 кг; круглые, конические или ступенчатые, фасонного сечения; стержень с массивной головкой различной формы; типа втулок (стаканов) с	Припуски и допуски для наружных диамегров 5-150 мм; от 0,4 до 1.6 мм, для диаметров полостей 10-100 мм: от 1,6 до 5,0 мм

	глубокой глухой или сквозной полостью и односторонним фланцем
Штамповка: в штампах с разъёмными матрицами	Масса до 150 кг; сложной формы, например, с отверстиями в боковых стенках, невыполнимыми без напусков другими способами	Аналогичные штамповке в открытых штампах, но допуски несколько больше в направлении разъёма частей матриц
на горизонтально- ковочных машинах	Масса до 30 кг; в виде стержней с головками или утолщениями различной формы, полые, со сквозными или глухими отверстиями, фланцами и выступами. Предпочтительна форма тела вращения	Максимальные припуски и допуски по ГОСТ 7505. Припуск на 40-50 % больше, чем при штамповке на молотах
	Изогнутые в одной или нескольких плоскостях, получаемые из проката различного профиля (стандартного и специального)	В зависимости от исходной заготовки. В результате гибки возникают искажения на участках с малым радиусом

Вальцовка	Переменного сечения массой до 5 кг, длиной до 50-60 мм. типа слесарного инструмента, шатунов, кулачков, гусениц	Допуск по длине заготовки 1-5 мм. по высоте и ширине 0,5-0.8 мм
Специальные процессы: радиальное	Сплошные и полые прямые поковки удлинённой ступенчатой формы в виде тел вращения с цилиндрическими или коническими участками, ступенчатые или с заострениями, квадратного или прямоугольного сечения	Припуск, в случае надобности под шлифование. Допуск при обжатии соответствует 11- 13-му квалитету. Шероховатость поверхности при обжатии Ra ~ 2,5...0,63 мкм
высадка на электро- высадочных машинах	В виде стержней с массивными утолщениями на конце или в определённой части заготовки (клапаны, валики, с фланцами и т.п.)	Несколько больше, чем при штамповке на горизонтально-ковочной машине
высадка на вертикальноковочных машинах	Небольшие, изготовляемые вытяжкой: типа костылей, бородков, зубил, шинных гвоздей, веретён и т.п.	Примерно те же, что и при штамповке

раскатка	Типа колец диаметром 70-700 мм при высоте 20- 200 мм из заготовок, штампованных на горизонтально-ковочных машинах или кованных на молоте	Допуск.аля поковок колец шарикоподшипников диаметром 80-700 мм: по наружному диаметру и высоте 1-6 мм, по внутреннему диаметру 1,5-10 мм
накатка зубьев	Получение зубьев с модулем до 10 мм цилиндрических, конических и шевронных зубчатых колёс диаметром до 600 мм	При горячей накатке (т > 2,5 мм) точность по 8-11-му квалитету; шероховатость поверхности Ra - 5... 1 ,25 мкм; при холодной накатке Ra ~ 1.25...0,32 мкм
поперечная прокатка	Удлинённой формы типа ступенчатых валиков, а также втулок	Несколько меньше, чем при штамповке в открытых штампах
Комбинированные процессы	Требующие применения нескольких способов для получения отдельных участков	В зависимости ог комбинации применённых способов
Штамповка на высокоскоростном оборудовании	Сложной формы (оребрен- ные); получают за один удар: экономия металла, нет уклонов, тонкие рёбра 0,5-0,8 мм	Допуск ± (0.125-0,8) мм, шероховатость до Ra 10

иовки, характеристика получаемых заготовок, рекомендуемые припуски и допуски на заготовки.

Чертёж исходной заготовки связывает работу заготовительного и механического цехов, являясь для первого чертежом готового изделия, а для второго - исходным документом для построения технологического процесса изготовления детали. Заготовки вычерчивают с необходимым количеством проекций, разрезов и сечений, обычно в том же масштабе, в котором был выполнен чертёж соответствующей детали. На каждую обрабатываемую поверхность устанавливают припуск, который принимают по таблицам Государственных стандартов или справочникам. При необходимости на ответственные и функциональные поверхности величину припуска определяют расчётно-аналитическим способом.

Номинальные размеры заготовок получают суммированием (для отверстий вычитанием) номинальных размеров деталей с величиной принятого припуска. Предельные отклонения размеров устанавливают исходя из достигаемой (экономической) точности получения заготовки принятым способом.

На чертежах заготовок обычно указывают основные технические требования, среди которых: твёрдость материала, состояние поверхностного слоя и способы устранения дефектов поверхностей, методы и степень очистки, допустимые погрешности формы и расположения поверхностей, номинальные значения и предельные отклонения технологических уклонов, радиусов и переходов, методы и качество предварительной обработки (обдирка, обрезка, правка, зацентровка) поверхности, принимаемые за черновые технологические базы, способы контроля и др.

При изготовлении заготовок деталей из проката устанавливают его профиль, габаритные размеры и массу. В контуры чертежа заготовки тонкими линиями часто вписывают контуры детали. Чертёж и технические требования должны содержать достаточно информации для разработки рабочей документации по изготовлению заготовок в заготовительных цехах. В реальных производственных условиях чертёж исходной заготовки может представлять собой результат совместной работы технологов заготовительного и механического цехов (иногда к этой работе привлекают конструкторов изделия).

Выбор способов обработки поверхностей и назначение технологических баз. Качество детали обеспечивают постепенным ужесточением параметров точности и выполнением остальных технических требований на этапах превращения заготовки в готовую деталь. Точность и качество поверхностного слоя отдельных поверхностей формируют в результате последовательного применения нескольких методов обработки.

Каждая деталь может быть представлена в виде сочетания элементарных поверхностей, таких, как плоскости, цилиндры, конусы, торы, а также более сложных фигурных поверхностей, например винтовых, шлицевых, зубчатых и пр. В результате многолетней практики установлены наиболее рациональные типовые способы механической обработки для каждой элементарной поверхности. Выбор того или иного способа определяется комплексом факторов, среди которых учитывают: конфигурацию, габаритные размеры, материал и массу деталей, объём выпуска, принятый тип и форму организации производства; оборудование и оснастку, имеющиеся в распоряжении и др. К главным факторам также относят точность, производительность и рентабельность каждого способа. Например, получить плоскую поверхность небольшой площади с примерно одинаковым качеством на детали из чугуна можно: цилиндрическим и торцовым фрезерованием; строганием, точением и протягиванием; плоским и ленточным шлифованием; шабрением и т.д. Выбор способа тесно связан ещё и со стадией процесса обработки. Обдирочная, черновая, предварительная (промежуточная), чистовая и окончательная (отделочная, тонкая) обработки одной и той же поверхности чаще выполняются разными способами, например черновое и чистовое зенкерова- ние отверстия, а затем его развёртывание или шлифование.

Исходными данными для составления последовательности обработки отдельных поверхностей служат чертежи и технические требования к деталям и заготовкам, а также существующие технические возможности и организационные условия. Выбор методов обработки для определённой поверхности можно разделить на три основных этапа:

• 1. В соответствии с требованиями к точности размеров и качеству поверхностей, указанным на чертеже детали, с учётом размера, массы и формы детали назначают окончательный, последний метод обработки, обеспечивающий заданные требования.
• 2. В соответствии с точностью размеров и качеством поверхностей, указанным на чертеже заготовки, назначают первый метод обработки.
• 3. В соответствии с назначенными первым и последним методами обработки при необходимости назначают промежуточные. При этом придерживаются следующего правила: каждый последующий способ обработки должен быть точнее предыдущего. Это значит, что каждая очередная операция, переход или рабочий ход должны выполняться с меньшим технологическим допуском, обеспечивать повышение качества и снижение шероховатости обрабатываемой поверхности.

При определении количества промежуточных операций исходят из технических возможностей выбираемых методов обработки с точки зрения достигаемых экономической точности и качества поверхностей. Технологический допуск на промежуточный размер и качество поверхности, полученные на предшествующем этапе обработки, должны находиться в пределах, которые позволяют использовать намеченный последующий метод обработки. На последующую операцию рекомендуется принимать технологический допуск в 2-4 раза меньше предыдущего. Нельзя, например, после сверления производить чистовое развёртывание; нужно сначала перед чистовым развёртыванием выполнить зен- керование или черновое развёртывание и т.д. Число возможных вариантов маршрута обработки данной поверхности может быть значительным. Некоторые ограничения на их выбор могут оказывать такие факторы, как необходимость обработки данной поверхности совместно с другой; низкая жёсткость заготовки, препятствующая применению высокопроизводительных методов и др.

На практике при выборе методов обработки руководствуются рекомендациями таблиц средней экономической точности различных способов обработки, публикуемых в справочной и технической литературе по машиностроению. Основные из них представлены в таблицах 10.4-10.9.

В таблице 10.4 представлены точность и качество наружных цилиндрических поверхностей после применения различных методов обработки, а в таблице 10.5 - точность и качество обработки отверстий.

Таблица 10.4

Точность и параметры поверхностного слоя при обработке наружных цилиндрических поверхностей

Таблица 10.5

Точность и параметры поверхностного слоя при обработке отверстий

Метод обработки	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Глубина дефектного поверхностного слоя, мкм	Квалитет
Сверление и рассверливание
Зенкерован ие:
черновое
однократное литого или прошитого отверстия
чистовое после чернового зенкерования или сверления
Развёртывание:
нормальное
Протягивание:
черновое литого или прошитого отверстия
чистовое после чернового протягивания или после сверления
Растачивание:
черновое
чистовое

В таблицах 10.6-10.9 представлены значения точности расположения осей отверстий после различных методов обработки. Таблица 10.8 содержит величины отклонений межосевого расстояния отверстий при растачивании на станках различных типов, а также в зависимости от метода координирования инструмента. Таблица 10.9 содержит величины смещения оси отверстий в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и применяемого инструмента.

Таблицы 10.6

Точность расположения осей отверстий при растачивании

Таблица 10.7

Точность расположения осей отверстий после сверления

		Материал детали
Параметр	отверстия,	Чугун и алюминий
		Сверло по ГОСТ 885- 77
		назначения	исполнения	назначения	исполнения
Смещение оси отверстия относительно оси кондукторной втулки
	Свыше 6 до 10

В таблице 10.8 представлены величины смещения осей отверстий после зенкерования в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и метода крепления инструмента, а в таблице 10.9 - величины смещения осей отверстий после развёртывания в зависимости от обрабатываемого диаметра и точности оснастки.

Точность расположения осей отверстий после зенкерования

Таблица 10.8

			Материал детали
обрабаты ваемо го отверстия, мм				Алюминий
		Крепление инструмента
		плавающее		плавающее			плавающее
Смещение обрабатываемого отверстия относительно оси отверстия втулки
Свыше 12 до 18

Таблица 10.9

Точность расположения осей отверстий после развёртывания

Параметр		Точность кондукторной втулки
		Повышенная
Смещение оси обрабатываемого отверстия относительно оси постоянной кондукторной втулки	Свыше 18 до 30 » 30 » 50 » 50 » 80	0,042 0,047 0,052 0,018	0,038 0,045 0,049 0,016
Расстояние между осями двух отверстий, обработанных одновременно на одной позиции автоматической линии

Параллельно с выбором способа обработки конкретной поверхности решаются вопросы базирования и закрепления (установки) заготовки в приспособлении или на станке.

Выбор технологических баз - это важный этап разработки любого технологического процесса. Исходными данными в этом случае являются чертежи и технические условия на изготовление детали и заготовки. Следует чётко представлять общий план обработки заготовки.

В зависимости от конструкции обрабатываемой детали возможны разные варианты базирования, например:

• - простые детали полностью обрабатываются за одну или несколько операций с одного установа на автоматах, агрегатных станках, в приспособлениях-спутниках автоматических линий. Заготовку базируют по необработанным поверхностям, т.е. используют черновые технологические базы;
• - детали обрабатываются в несколько установов (возможно на различных станках). На большей части операций соблюдается принцип постоянства баз, т.е. заготовку базируют на одни и те же предварительно обработанные поверхности. Повышается однотипность приспособлений и схем установки;
• - сложные детали повышенной точности обрабатывают с соблюдением принципа постоянства баз. Перед заключительным этапом технологического процесса, т.е. отделочной обработкой, поверхности, используемые в качестве баз, подвергают повторной (отделочной) обработке;
• - принцип постоянства баз не соблюдается. Заготовку базируют на различные последовательно сменяемые обработанные поверхности. Для отдельных операций применяют одновременное базирование по обработанным и необработанным поверхностям. Такой вариант обработки требует повышенного внимания и приводит к необходимости пересчёта конструкторских размеров. В противном случае несоблюдение принципа постоянства вызывает возникновение или увеличение погрешностей расположения поверхности, снижающих точность обработки;
• - обработка деталей с последовательной многократной сменой одних и тех же баз, например, при последовательном черновом и чистовом шлифовании на магнитной плите с последовательным переворачиванием заготовки.

В условиях единичного и мелкосерийного производства часто используют проверочные базы. Положение заготовки на станке определяют с помощью разметки и выверки, а для закрепления широко применяют ручные механические зажимы.

В серийном и массовом производстве в основном пользуются контактными и настроечными базами. Настроечные базы особенно эффективно используют при многоинструментальной обработке на станках-автоматах и полуавтоматах, на автоматических линиях и станках с ЧПУ. Для закрепления заготовок здесь чаще применяют пневматические, гидравлические и прочие высокопроизводительные зажимные устройства, обеспечивающие надёжное закрепление заготовок с постоянными силами.

Во всех случаях стремятся совместить технологические базы с конструкторскими и измерительными, что позволяет исключить погрешность базирования и выполнять размеры с использованием полного поля допуска, установленного конструктором.

Технологические базы назначают на стадии проработки вариантов выполнения технологической операции, т.е. на этапе предварительного рассмотрения и сравнения между собой возможных способов обработки поверхностей заготовки, а также ориентировочного выбора оборудования и оснастки, необходимых для реализации этих способов. Например, подрезка торца шестигранной заготовки может осуществляться точением, фрезерованием, протягиванием, шлифованием и другими способами. Для каждого из них при базировании заготовки используют свой комплект баз.

Так, для подрезки торца на токарном станке заготовку устанавливают в трёхкулачковый самоцентрирующий патрон. В базировании участвуют две направляющих (двойная направляющая) и опорная базы. Заготовка лишается пяти степеней свободы (рис. 10.1, а). Для фрезерования торца заготовку зажимают в тиски (со специальной губкой), при этом грань заготовки служит установочной, ребро - направляю-

Рис. 10.1.

щей, а торец - опорной базой. Используют полный комплект баз с лишением заготовки всех шести степеней свободы (рис. 10.1, б). Аналогичное базирование осуществляют при обработке торца в специальном приспособлении к вертикально-протяжному станку (рис. 10.1, в). Короткие заготовки шлифуют на магнитной плите плоскошлифовального станка (рис. 10.1, г).

Заготовку базируют на противолежащий торец, используе- мый в качестве установочной базы. Лишение заготовки всего трех степеней свободы для данного варианта выполнения технологической операции вполне достаточно.

В целях сокращения числа вариантов схем базирования рекомендуется по возможности использовать типовые схемы установки.

При выборе баз учитывают и такие соображения, как удобство установки и снятия заготовки, удобство и надёжность её закрепления, возможность подвода режущих инструментов и (Ч)Ж с различных сторон заготовки и пр. По выбранным базам [|н>рмулируют требования к точности и шероховатости поверхностей.

32 33 34 35 36 37 38 39 ..

6.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Для разработки технологических процессов исходными и руководящими материалами являются: производственная программа; рабочий чертеж детали и чертеж сборочной единицы, в которую входит деталь; рабочий чертеж заготовки; технологические условия на материалы и сборочные единицы; руководящие и справочные материалы (альбомы приспособлений, каталоги и паспорта оборудования, ГОСТы и нормали на измерительный и режущий инструмент, нормативы режимов резания и технического нормирования, операционных припусков и др.).

В начале разработки технологического процесса устанавливают тип производства. Для серийного производства дополнительно определяют размер партии деталей с учетом календарных сроков выпуска готовых изделий, наличия запаса материалов, длительности процессов обработки и др. Затем проводят контроль чертежей и проверку технологичности конструкции деталей, сборочных единиц и всей машины. При обнаружении недостатков или ошибок в чертежах технолог дает конструктору указания для их устранения. После проверки чертежей приступают к проектированию технологического процесса, исходя из общих правил разработки технологических процессов и выбора средств технологического оснащения, предусмотренных ГОСТ 14301-83.

Важным этапом разработки технологического процесса является выбор заготовки. Выбор заготовки зависит от формы детали и ее размеров, исходного материала, вида производства, требований к ее качеству, а также экономических соображений. При выборе заготовки следует стремиться к экономии материала, созданию безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов.

При выборе заготовки сначала устанавливают вид заготовки (отливка, поковка, штамповка, прокат, сварная конструкция). Затем выбирают метод формообразования заготовки (литье в песчаные, стержневые или металлические формы, ковка в подкладных штампах и т. д.). В первую очередь выбирают такой способ изготовления заготовки, который обеспечивает заданное качество детали. При наличии нескольких способов выбирают способ, при котором будет обеспечена наибольшая производительность и минимальная себестоимость получения заготовки и механической обработки.

Номенклатура машин и аппаратов текстильной промышленности весьма разнообразна, поэтому виды заготовок и способы их изготовления самые различные. Основными видами заготовок в текстильном машиностроении являются: отливки из черных и цветных металлов, поковки и штамповки, заготовки из листового металла, проката, сварные заготовки, заготовки из порошковых и неметаллических материалов.

Литые заготовки, не подвергающиеся ударным нагрузкам, получают из серого и модифицированного чугуна, а работающие в тяжелых условиях и испытывающие большие напряжения, из стали. Заготовки в виде поковок, получаемых свободной ковкой, применяют преимущественно для крупных деталей в единичном и мелкосерийном производстве. При изготовлении поковок стремятся получить конфигурацию заготовок, приближающуюся к упрощенным очертаниям детали.

Заготовки из проката применяют для деталей, по конфигурации приближающихся к какому-либо виду проката, когда отсутствует значительная разница в поперечных сечениях детали и можно при получении окончательной ее формы избежать снятия большого количества материала. Например, гайки выполняют из прутков шестигранного сечения, вкладыши подшипников - из труб, пружины - из

проволоки. Сварные и штампосварные заготовки в основном используют для изготовления стальных деталей сложной конфигурации, когда из одного куска проката невозможно или экономически невыгодно получить заготовку, например, изготовление ступенчатых валов с большой разницей диаметров ступеней.

Заготовки из порошковых материалов получают прессованием смесей из порошков в пресс-формах под давлением 100-600 МПа с последующим спеканием спрессованных деталей. К деталям из порошковых материалов относятся кольца крутильных и прядильных машин, самосмазывающиеся подшипники, узлы без смазочного материала и др. Достоинством порошковой технологии является возможность изготовления деталей, практически не требующих механической обработки.

К заготовкам из неметаллических материалов относят пластические массы, древесину, резину, кожу и др. В текстильном машиностроении используют также листы, прутки, полосы из пластмасс различного вида.

Заготовки характерных деталей чесальных, прядильных и трикотажных машин, ткацких станков, красильно-отделочного оборудования, машин для производства химических волокон рассмотрены в соответствующих главах второго раздела.

Построение и выбор варианта технологического процесса обработки резанием во многом зависят от правильного выбора технологических баз. На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующей операции. На последующих операциях технологические базы должны быть по возможности точными по геометрической форме и шероховатости поверхности, должны выполняться принципы постоянства и совмещения баз.

Составление маршрута обработки детали представляет сложную задачу с большим количеством возможных вариантов решения. Его цель - дать общий план обработки детали, наметить содержание операций технологического процесса и выбрать тип оборудования. Маршрут обработки составляют исходя из требований рабочего чертежа, технических условий и принятой заготовки. При построении маршрута обработки исходят из того, что каждый последующий метод обработки должен быть точнее предыдущего.

Припуски назначают оптимальными с учетом конкретных условий обработки. Рассчитывают операционные припуски, допуски и промежуточные размеры заготовки. Промежуточные размеры указывают в операционном эскизе с учетом припуска на последующую обработку. Операционную технологию разрабатывают с учетом места каждой операции в маршрутной технологии. При проектировании технологических операций выполняют следующие взаимосвязанные работы: выбирают структуру построения операции механической обработки; уточняют содержание технологических переходов в операции; выбирают модель станка; выбирают технологическую оснастку; определяют режим обработки и норму времени; опреде-ляют разряд работы; обосновывают эффективность выполнения операции; оформляется технологическая документация.

Детализация технологического процесса зависит от типа производства. В единичном производстве технологические процессы разрабатываются до уровня составления маршрута операций с указанием их последовательности, требуемого оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента и времени на обработку. В массовом и серийном производстве технологические процессы разрабатывают подробно с обоснованием всех принятых решений.

Проектирование технологических процессов состоит из следующих взаимосвязанных этапов: анализа исходных данных, технологи­ческого контроля детали, выбора типа производства, выбора заго­товки, выбора баз, установления маршрута обработки отдельных поверхностей, проектирования технологического маршрута изго­товления детали с выбором типа оборудования, расчета припусков расчета промежуточных и исходных размеров заготовки; построе­ния операций, расчета режимов обработки, технического нормиро­вания операций, оценки технико-экономических показателей про­цесса, оформления технологической документации.

Анализ исходных данных и технологический контроль чертежа и технических условий . При анализе исходных данных следует озна­комиться с назначением и конструкцией детали, подлежащей изго­товлению, техническими условиями ее изготовления и эксплуата­ции, программой выпуска деталей, а также с производственными условиями, в которых намечено выполнение процесса (оборудова­ние, транспортные средства и др.). Исходные данные предопреде­ляют принципиальное направление проектируемого процесса с целью обеспечения требуемого качества и эффективности при заданном масштабе выпуска.

В процессе анализа исходных данных технолог осуществляет технологический контроль чертежа и технических условий. При этом следует выявить пути улучшения технологичности конструк­ции детали, рассмотренные в гл. 4. Это позволит уменьшить трудо­емкость изготовления детали, снизить себестоимость ее обработки

Выбор типа производства . Тип производства выбирают, исходя из заданной программы выпуска путем расчета такта выпуска дета­лей по формуле (1.9). τ = 60 Ф д /N , Ф д – действительный фонд времени в планируемом периоде (месяц, сутки, смена), N – производственная программа на этот период, шт.

Если такт выпуска близок к ориентировочно установленной средней длительности основных операций обработки данной детали, то производство считают массовым . Если же такт выпуска значительно превышает длительность основных операций то детали изготовляют по принципу серийного производства с обработкой их производственными партиями. Размер производственной партии определяют, исходя из трудоемкости операций обработки, трудоемкости наладки оборудования на основных операциях, затрат незавершенного производства и других экономических и орга­низационных соображений.

Размер экономически выгодной партии определяют по формуле

где – сумма подготовительно-заключительного времени по всем операциям, мин; – сумма штучного времени по всем операциям, мин; К – коэффициент, учитывающий1 потери времени на переналадку оборудования (К = 0,04 относится к крупносерийному производству и К = 0,18 – к мелкосерийному).

Выбор исходной заготовки .

На выбор заготовки и метода ее по­лучения значительное влияние оказывают характеристика мате­риала, из которого должна изготовляться деталь, ее конструктив­ные формы и размер, программа выпуска.

Метод получения заготовки должен обеспечить наименьшую себестоимость изготовления детали……

Следует также иметь в виду, что при малой программе выпуска деталей расходы на изготовление специальной оснастки для заго­товительных процессов (проектирование и изготовление штампов, пресс-форми др.) не окупаются.Таким образом, выбор метода полу­чения заготовки должен быть обоснован экономическими расчетами себестоимости изготовления детали с учетом себестоимости полу­чения заготовки и себестоимости механической обработки.

При выборе литых заготовок и поковок помимо назначения припусков на обработку и допусков на размеры указывают также штамповочные или литейные уклоны, радиусы округлений, допу­стимые дефекты поверхностей, базовые поверхности для первой операции механической обработки и требования, предъявляемые к этим поверхностям, способы термической обработки заготовки и очистки ее поверхностей.

Для заготовок из проката и специальных профилей размеры устанавливают согласно ГОСТ, учитывая необходимые припуски на обработку.

Выбор технологических баз является основой построения тех­нологического процесса изготовления детали и имеет большое зна­чение для обеспечения требуемой точности обработки и экономич­ности процесса. Назначая технологические базы для первой и после­дующих операций обработки, следует руководствоваться следую­щими общими соображениями:

Установочная и направляющая базы должны иметь необходимую протяженность для обеспечения устойчивого положения заготовки при ее обработке;

Обрабатываемая заготовка должна иметь минимальные деформа­ции от действия силы резания, зажимной силы и от действия соб­ственной массы;

В качестве технологической базы следует принимать поверх­ности, обеспечивающие наименьшую погрешность установки и исклю­чающие погрешность базирования.

На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующей операции.

Так как технологической базой на первой операции будут черные (необработанные) поверхности, следует выбирать те по­верхности, которые допускают по возможности равномерное снятие припусков и достаточно точное взаимное расположение обрабаты­ваемых и не подлежащих обработке поверхностей.

Если все поверхности детали подвергают механической обра­ботке, то в качестве базы на первой операции следует выбирать поверхности с наименьшим припуском, чтобы при последующей обработке не получилось брака из-за недостатка припуска.

На второй и последующих операциях тех­нологические базы должны быть возможно точными по геометри­ческой форме и по шероховатости поверхности.

Если технологическая база не совпадает с измерительной, то воз­никает погрешность базирования (см. выше). Следует иметь в виду, что лучшие результаты по точности будут достигнуты в том случае, если технологической и измерительной базой служит конструкторская база.

Необходимо придерживаться принципа постоянства базы на ос­новных операциях обработки, т. е. использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности. Соблюдение этого принципа особенно важно, если измерительные базы при выпол­нении различных операций переменны и в связи с этим затрудни­тельно осуществить принцип совмещения баз. С целью соблюдения принципа постоянства баз в ряде случаев на деталях издают искус­ственные технологические базы , не имеющие конструктивного назначения (центровые гнезда валов, специально обработанные отверстия в корпусных деталях при базировании их на штифты и др.).

Если по условиям обработки не удается выдержать принцип постоянства базы, то в качестве новой базы принимают обработан­ную поверхность по возможности наиболее точную и обеспечивающую жесткость установки заготовки. Если вновь принятая база не является измерительной, то рассчитывают допуск на получае­мый размер с учетом появляющейся погрешности базирования и, если необходимо, ужесточают допуск на размер, определяющий положение новой технологической базы относительно измерительной базы.

При выборе технологических баз следует оценить точность и надежность базирования, увязав их с производительностью тех­нологического процесса.

Установление маршрута обработки отдельных поверхностей. На начальной стадии разработки технологического процесса составляют перечень технологических переходов, которые могут быть применены для достижения конечной точности и шерохова­тости поверхности, проставленных на рабочем чертеже детали. Между рабочим чертежом и технологическим процессом изготовле­ния детали существуют тесные связи. Они, в частности, обусловлены тем, что каждому методу обработки соответствуют определенные достижимые точность получаемого размера и шероховатость по­верхности. Поэтому необходимый метод окончательной обработки поверхности подсказывается рабочим чертежом детали.

Выбор метода окончательной обработки облегчается использо­ванием точностных характеристик различных технологических методов (см. гл. 2). Но так как каждому методу обработки соответ­ствует некоторое оптимальное значение припуска, а общий припуск обычно превышает значение, допускаемое для этого метода, то можно определить и методы предшествующей обработки. Например, при обработке шейки вала до диаметра 50h 8 при использовании в качестве заготовки проката последовательность технологических переходов такова: 1) черновое точение, 2) чистовое точение, 3) шли­фование? В данном случае переход чернового точения необходим для приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали.

Зависимость структуры технологических переходов от вида исходной заготовки может быть показана и на следующем примере: если в исходной заготовке имеется отлитое или штампованное отверстие, то переход сверления исключен и обработка начинается с зенкерования или растачивания отверстия.

Из приведенных выше примеров видно, что конструктивные формы и точность исходной заготовки предопределяют содержание первого технологического перехода.

Определив первый и окончательный технологические переходы, устанавливают необходимость промежуточных переходов. Напри­мер, недопустимо при обработке отверстия по 7-му квалитету точ­ности после первого перехода (чернового растачивания отверстия) сразу применять чистовое развертывание, так как точность и ка­чество поверхности после чернового растачивания не обеспечат качественного выполнения чистового развертывания.

Получение конечной точности обрабатываемой поверхности может быть достигнуто путем применения различных технологиче­ских переходов. Например, при обработке отверстия с отклоне­нием Н 8 в заготовке из чугуна с предварительно отлитым отвер­стием конечными переходами могут быть либо развертывание 1 (рис. 6.2, нижний ряд), либо тонкое растачивание 2, либо протя­гивание 3 . Первыми технологическими переходами могут быть черновое зенкерование 4 , либо черновое растачивание 5, а про­межуточными - чистовое зенкерование 6, либо чистовое растачи­вание 7 . На рис. 6.2 показана схема десяти вариантов обработки данного отверстия. Из приведенного примера видно, что число возможных вариантов обработки данной поверхности может быть значительным, причем все они будут различными по эффективности.

На данном этапе разработки технологического процесса при­пуски и режимы обработки не рассчитывают. Поэтому при назна­чении состава технологических переходов следует использовать справочные данные о производительности и точности при различных методах обработки и рекомендуемые типовые технологические мар­шруты. Значительную помощь при этом может оказать ЭВМ.

При дальнейшей разработке маршрута обработки детали и от­дельных операций состав технологических переходов уточняется и корректируется. На последовательность технологических пере­ходов в значительной мере влияет требование обеспечения взаимной координации поверхностей деталей, указанное в рабочем чертеже. Решение этой задачи связано с правильным выбором баз при уста­новке заготовки на первой и последующих операциях, а также с рациональным назначением последовательности технологических переходов, если учесть, что наилучшая взаимная перпендикуляр­ность, параллельность и концентричность поверхностей достига­ются при их обработке с одной установки.

Определение последовательности технологических переходов при обработке отдельных поверхностей детали позволяет выявить необходимые этапы обработки (черновая, чистовая и отделочная) и является базой для формирования технологического маршрута изготовления детали и отдельных операций.

Проектирование технологического маршрута изготовления де­тали . Под технологическим маршрутом изготовления детали пони­мается последовательность выполнения технологических операций (или уточнение последовательности операций по типовому или групповому технологическому процессу) с выбором типа обору­дования. На этапе разработки технологического маршрута при­пуски и режимы обработки не рассчитывают, поэтому рациональ­ный маршрут выбирают с использованием справочных данных и руководящих материалов по типовым и групповым методам обра­ботки. Значительную помощь при этом может оказать ЭВМ.

Технологические маршруты весьма разнообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, требований точности, про­граммы выпуска, однако при проектировании маршрута следует руководствоваться некоторыми общими соображениями. С методи­ческой точки зрения эта работа может быть представлена следую­щей примерной схемой.

1. Сначала выявляют необходимость расчленения процесса изготовления детали на операции черновой, чистовой и отделочной обработки. Эту работу выполняют с использованием разработок по установлению маршрута обработки различных поверхностей данной детали.

2. Операцию черновой обработки целесообразно отделить от чи­стовой, чтобы уменьшить влияние деформации заготовки после черновой обработки. Однако если заготовка жесткая, а обрабаты­ваемые поверхности незначительны по длине, то такое расчленение не обязательно.

3. Отделочная обработка, как правило, выполняется на конеч­ной стадии процесса. Но от этого положения в отдельных случаях приходится отступать. Например, если окончательная обработка поверхности связана с возможным отходом заготовок в брак, то эту операцию не следует выполнять последней, чтобы не иметь лишних затрат труда.

4. При формировании операций следует учесть, что определен­ная группа поверхностей потребует обработки с одной установки. К таким поверхностям относятся соосные поверхности вращения и прилегающие к ним торцовые поверхности, а также плоские поверхности, обрабатываемые в несколько позиций.

5. В самостоятельные операции выделяются обработка зубьев колес, нарезание шлицев, обработка пазов, сверление отверстий с применением многошпиндельных головок и др.

6. При формировании операций следует иметь в виду следующее: а) на первой операции необходимо обработать те поверхности, которые будут использованы в качестве установочных баз на вто­рой, а возможно и на последующих операциях механической обра­ботки; б) наличие термической или химико-термической обработки.

7. При формировании технологического маршрута устанавли­вается тип применяемого оборудования (станок токарный, фрезер­ный, сверлильный и т. д.).

8. Выполненная наметка технологического маршрута оформля­ется в виде операционных эскизов заготовок с указанием схемы их базирования и с выделением жирными линиями обрабатываемых поверхностей.

9. В маршрут технологического процесса включают опущенные второстепенные операции (обработку крепежных отверстий, снятие фасок, зачистку заусенцев, промывку и др.), а также указывают место контрольных операций.

После оценки принятых решений вносят необходимые кор­рективы.