Разработка техпроцесса – важнейший исходный этап подготовки производства новых изделий. После разработки техпроцесса на его основе производится конструирование и изготовление необходимой по техпроцессу оснастки, расчёт припусков, расчёт режимов резания, нормирование, организация производства.
В основу разработки технологических процессов положены два принципа – технический и экономический. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований рабочих чертежей и технических условий на изготовление изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. С точки зрения технического принципа задача проектирования технологического процесса, как правило, характерна многовариантность возможных решений, при этом из нескольких возможных вариантов выбирается наиболее рентабельный. В исключительных случаях (ликвидация узких мест, срочный выпуск особо важной продукции в кратчайшие сроки) может быть выбран не более рентабельный, а наиболее производительный вариант.
Технологический процесс изготовления детали определяется в основном следующими факторами:
1) конфигурацией и размерами детали; требованиями к точности обработки и к качеству поверхности; материалом детали, наличием или отсутствием термической обработки в процессе изготовления;
2) объёмом производства и размерами партий;
3) наличным составом и состоянием оборудования;
4) возможностями инструментального цеха, изготовляющего приспособления, штампы, пресс-формы, режущий инструмент и другую технологическую оснастку.
Из указанных выше факторов три последних с деталью непосредственно не связаны, а характеризуют общую производственную обстановку. Поэтому для одной и той же детали в зависимости от применения трёх последних факторов рациональный вариант техпроцесса будет различен, что обуславливает многовариантность техпроцесса для одной и той же детали. Многовариантность техпроцесса возрастает также и потому, что при изготовлении детали одних и тех же результатов с точки зрения точности и качества поверхности можно достичь, применяя несколько различных способов обработки. Рациональный вариант техпроцесса определяется путём экономического анализа.
Материал детали «Хвостовик» – сталь 45 (ГОСТ 1050–74). Сталь 45 относится к группе углеродистых качественных сталей. Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. В соответствии с ГОСТ 1050–74 качественные стали производят и поставляют без термической обработки (горячекатаными, коваными), термически обработанными и нагартованными. Механические свойства гарантируются после нормализации, а так же по требованию потребителя после закалки и отпуска, нагартовки или термической обработки, устраняющей нагартовку – отжига или высокого отпуска.
В зависимости от содержания углерода качественные стали подразделяются на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и стали с высокой концентрацией углерода. Маркируются они двузначными числами 05, 08, 10, 15, 20, …, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050–74). Сталь 45 относится к среднеуглеродистым сталям, которые отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Среднеуглеродистые стали применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки.
Сталь 45, химический состав (%) ГОСТ 1050–74
| C | Si | Mn | Cr | S | P | Cu | Ni | As |
| Не более | ||||||||
| 0,42–0,50 | 0,17–0,37 | 0,50–0,80 | 0,25 | 0,04 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
В улучшенном состоянии – после закалки и высокого отпуска на структуру сорбита – достигаются высокая вязкость, пластичность, и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжений. При увеличении сечения деталей из-за несквозной прокаливаемости механические свойства сталей снижаются. После улучшения стали применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колёса, маховики, оси и т.п.). При этом возможный размер деталей зависит от условий их работы и требований к прокаливаемости. Для деталей, работающих на растяжение, сжатие (например, шатуны), необходима однородность свойств металла по всему сечению, и, как следствие, сквозная прокаливаемость. Размер поперечного сечения таких нагруженных деталей ограничивается 12 мм. Для деталей (валы, оси и т.п.), испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны на поверхности, толщина упрочнённого при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер поперечного сечения таких деталей – 30 мм.
Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40, 45, 50. Их применяют после нормализации и поверхностной индукционной закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высокую твёрдость поверхности (HRC 40–58) и сопротивление износу (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерён и т.п.).
Индукционной закалкой с нагревом ТВЧ упрочняют также поверхность длинных валов, ходовых винтов станков и других деталей, для которых важно ограничить деформации при термической обработке.
Технологические свойства стали 45:
– температура ковки, °С: сначала – 1250, конца – 700. Сечение до 400 мм охлаждается на воздухе;
– свариваемость – трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка;
– обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при НВ 170–179 и sВ=640 МПа
кu тв. спл.=1
кu б. ст.=1;
– флокеночувствительность – малочувствительна;
– склонность к отпускной хрупкости – не склонна.
Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудностями и материальными затратами. Эти затраты можно в значительной степени сократить от правильного выбора варианта технологического процесса, его оснащения, механизации, автоматизации, применение оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства. На изготовление детали оказывает большое влияние её конструкция и технические требования. Деталь «Хвостовик», имеющая форму тела вращения, удовлетворяет следующим основным требованиям, предъявляемым к детали данного вида:
1. Деталь – тело вращения, её можно обрабатывать на токарных станках.
2. Конструкция детали такова, что её масса уравновешена относительно оси вращения.
3. Диаметры и длины элементов выбраны из нормального ряда длин и диаметров. В связи с этим можно использовать стандартный режущий инструмент.
4. Необходимо избегать нежёстких валов. Жёсткость вала определяется соотношением L/dср≤12. Определяем жёсткость детали:
dср=(20+10)/2=15 мм
L=55 мм
L/dср=55/15=3,67
Таким образом, условие жёсткости выполняется: 3,67≤12.
5. Используемый режущий инструмент имеет свободный вход и выход.
6. Æ10+0,024+0,015
Td=ES-EI=0,024–0,015=0,009 мм
Квалитет 6, шлифование тонкое.
Æ20-0,020-0,072
Td=ES-EI=-0,020 – (-0,072)=0,052 мм
Квалитет 9, чистовое точение на токарном станке.
На основе проведённых расчётов можно сделать вывод о том, что данная деталь является технологичной с точки зрения её изготовления.
В машиностроении в зависимости от программы выпуска изделий и характера изготовляемой продукции различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое.
Тип производства согласно ГОСТ 3.1108–74 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования. Тип производства определяется коэффициентом:
К3.0=Q/PM, (2.1)
где Q – число различных операций; PM – число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.
Для предварительного определения типа производства можно использовать годовой объём выпуска и массу детали. Учитывая, что объём выпуска детали «хвостовик» составляет 80000 штук в год, а масса детали – 0,1 кг, на основании таблицы 3.1 [3, c. 24] определяем тип производства как крупносерийное.
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объёмом выпуска. Коэффициент закрепления операций для крупносерийного производства составляет 1–10.
На предприятиях серийного производства значительная часть оборудования состоит из универсальных станков, оснащённых как специальными, так и универсально-наладочными (УНП) и универсально-сборочными (УСП) приспособлениями, что позволяет снизить трудоёмкость и удешевить производство. Представляется также возможным располагать оборудование в последовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки, с соблюдением принципов взаимозаменяемости при обработке. При небольшой трудоёмкости обработки или недостаточно большой программе выпуска изделий целесообразно обрабатывать заготовки партиями, с последовательным выполнением операций, т.е. после обработки всех заготовок партии на одной операции производить обработку этой партии на следующей операции. При этом время обработки на различных станках не согласуют. Заготовки во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой партией.
В серийном производстве применяют также переменно-поточную форму организации работ. Здесь оборудование также располагают по ходу технологического процесса. Обработку производят партиями, причём заготовки каждой партии могут несколько отличаться размерами и конфигурацией, но допускают обработку на одном и том же оборудовании. В этом случае время обработки на смежных станках согласуют, поэтому движение заготовок данной партии осуществляется непрерывно, в порядке последовательности технологического процесса. Для перехода к обработке партии других деталей переналаживают оборудование и технологическую оснастку (приспособления и инструмент).