Разработка технологических процессов состоит из взаимосвязанных этапов, для которых определены конкретные задачи, а также основные документы и системы, обеспечивающие решение этих задач.

Анализ исходных данных для разработки технологического процесса

Располагая конструкторской документацией на изделие, необ­ходимо ознакомиться с назначением и конструкцией предмета труда, а также с требованиями его изготовления и эксплуатации.

Одним из основных документов для решения задач на данном этапе являются сведения о программе выпуска изделия, которые используют при выборе типа производства.

Другой основной документ – архив производственно-техниче­ской документации – дает возможность получить необходимые сведения о производственных условиях, в которых намечено выполнять технологический процесс (средства технологического оснащения, площади, транспортные средства и др.).

Анализ исходных данных позволяет выявить перечень дополнительной справочной информации, необходимой для разработки технологического процесса, а также осуществить дополнительный контроль чертежа и технических условий.

Определение типа производства

На первом этапе разработки технологических процессов тип производства ориентировочно может быть определен в зависимости от массы детали и объема выпуска по табл. 13.1 / 30 /.

Таблица 13.1

Годовая программа выпуска деталей по типам производства

Тип производства	Годовой объем выпуска деталей одного наименования, шт.
	легкие, до 20 кг	средние, 20…300 кг	тяжелые, более 300 кг
Единичное	до 100	до 10	1…5
Мелкосерийное	101…500	11…200	6…100
Среднесерийное	501…5000	201…1000	101…300
Крупносерийное	50001…50000	1001…5000	301…1000
Массовое	свыше 50000	свыше 5000	свыше 1000

 

Могут быть и другие рекомендации по предварительному определению типа производства / 15, 30, 31 /.

Тип производства влияет на построение технологических процессов изготовления изделий и организацию работы на предприятии.

После окончательной разработки технологических процессов для определенного участка или цеха на всю номенклатуру изготовляемых деталей тип производства определяют по коэффициенту закрепления операций.

После установления типа производства определяют его организационно-техническую характеристику. При этом решают следующие задачи:

-определяют форму организации производственного процесса; для поточного производства выбирают тип поточных линий;

-устанавливают степень механизации и автоматизации поточных линий;

-определяют режим работы участка, линии и фонды времени технологического оборудования;

-рассчитывают такт выпуска изделий крупносерийного и массового производства или величины партий их запуска в производство.

Количество деталей в партии (n) рассчитывают по формуле:

n = ,

где N – объем выпуска в год; Т – количество дней в планируемом периоде выпуска; а – периодичность запуска, дней.

Можно также рекомендовать при групповой форме организации производства упрощенную формулу / 13 /:

n = ,

где Sn – количество запусков в год, (для крупносерийного производства Sn = 6; для среднесерийного – 12; мелкосерийного – 24).

Выбор действующего типового, группового технологического

процесса или поиск аналога единичного процесса

Технологический процесс разрабатывают на основе типового или группового технологического процесса. Для этого по технологическому классификатору деталей формируют технологический код. По коду изделие относится к определенной классификационной группе и действующему для нее типовому или групповому технологическому процессу, который является информационной основой при разработке рабочего технологического процесса /14, 30 /. При отсутствии соответствующей классификационной группы технологический процесс разрабатывают как единичный.

Технологический код разрабатывают на основе технологического классификатора. Вопросы, связанные с технологической классификацией деталей, подробно рассмотрены в главе 11.

Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления

 В конструкторской документации устанавливают материал и марку изделия, необходимую термическую обработку. В опреде­ленных случаях учитывают предпочтительный метод получения исходной заготовки (штамповка, литье и др.).

Используя эти данные, классификатор заготовок, документа­цию на типовой или групповой технологический процесс, стан­дарты и технические условия на заготовки и исходный материал, технолог определяет вид исходной заготовки и выбирает метод ее изготовления.

Заготовку выбирают исходя из минимальной себестоимости готовой детали для заданного годового выпуска. Чем больше форма и размеры заготовки приближены к форме и размерам готовой детали, тем дороже она в изготовлении, но проще и дешевле ее последующая механическая обработка, меньше расход материала. Задача решается на основе минимизации суммарных затрат средств на изготовление заготовки и ее последующую обработку.

Следует отметить, что особенно важно правильно выбрать заготовку и назначить оптимальные условия ее изготовления в массовом автоматизированном производстве, в том числе на станках с ЧПУ.

Процесс механической обработки заготовок диктует следующие основные требования к ним: они должны иметь равномерные минимальные припуски и качество материала, оптимальную точность размеров поверхностей в обрабатываемой партии, требуемую обрабатываемость резанием и удовлетворительное состояние поверхностей.

Эти требования справедливы для любой обработки, но особое значение они приобретают в автоматизированном производстве, а также при использовании станков с ЧПУ.

Стабильность характеристик качества заготовок существенно влияет на протекание технологических процессов. В автоматизированном производстве при этом создают такие условия для осуществления статистически управляемого процесса, обеспечивающего получение деталей с заданными параметрами качества при минимальных затратах времени на регулирование хода технологического процесса.

При низкой точности размеров заготовок, увеличенных припусках, больших колебаниях твердости материала, плохом состоянии необработанных баз нарушается безотказность работы приспособлений, ухудшаются условия работы инструментов, снижается точность обработки, возрастают простои оборудования.

Технико-экономическое обоснование и рекомендации по выбору исходной заготовки изложены в источниках / 1, 9, 13, 14, 15, 30 и др./.

Выбор технологических баз

Решение задач, связанных с выполнением данного этапа, подробно рассмотрено в главе 4.

Составление технологического маршрута обработки

На этом этапе определяют последовательность выполнения технологических операций или уточняют эту последовательность по типовому или групповому технологическому процессу.

Составление технологического маршрута – это решение слож­ной многовариантной задачи, в результате которого принимают общий план обработки изделия, намечают содержание технологи­ческих операций, определяют состав технологического оснащения.

Для решения этой задачи приводим методические рекоменда­ции. При этом надо учитывать, что различные детали машин образуются сочетанием разнообразных поверхностей. Наиболее распространены цилиндрические и плоские поверхности. Многие детали машин имеют винтовые и зубчатые поверхности. Для облегчения их изготовления и эксплуатации они стандартизованы. Редко используют специальные фасонные поверхности (фасонные кулачки, копиры и т. п.).

По ГОСТ 21495-76 все поверхности деталей изделий машино­строения можно разделить на четыре вида:

1) исполнительные поверхности – поверхности, с помощью которых деталь выполняет свое служебное назначение;

2) основные базы – поверхности, с помощью которых определяют положение данной детали в изде­лии;

3) вспомогательные базы – поверхности, с помощью которых определяют положение присоединяемых деталей относительно данной;

4) свободные поверхности – поверхности, не соприкасаю­щиеся с поверхностями других деталей.

Поверхности первых трех видов можно объединить в одну основную группу.

Обеспечение заданной точности и качества поверхностей основной группы с наименьшими затратами труда и издержками производства является главнейшей задачей технологического процесса.

Заданные точность и качество основной группы поверхностей, размеры, масса и форма детали дают возможность определить необходимые методы окончательной обработки этих поверхностей, что предопределяет выбор средств технологического оснащения (СТО). Каждому методу окончательной обработки предшествуют промежуточные методы и соответствующие СТО. При этом исходят из того, что каждый последующий метод должен быть точнее предыдущего. Например, в чертеже детали задано отверстие по 7-му квалитету с шероховатостью Ra = 0,63. Одним из возможных методов окончательной обработки такого отверстия является развертывание, которое можно осуществить, выполнив предварительную его обработку сверлением, зенкерованием и черновым развертыванием.

Одновременно устанавливают методы обработки вспомогатель­ных поверхностей.

Решение задачи по выбору методов обработки всех поверхностей детали сводится к определению содержания технологического процесса, выявлению необходимости осуществления трех стадий обработки: черновой, чистовой и отделочной.

На первой стадии выполняют операции черновой обработки всех поверхностей. На этой стадии удаляется основная масса материала. Обработка сопровождается интенсивным нагревом заготовки и инструмента, большими силами резания, которые требуют соответствующих сил закрепления заготовки и приводят к значительным деформациям технологической системы – источникам образования погрешностей обработки. Удаление большого количества материала позволяет выявить дефекты заготовок (например, раковины в отливках и др.), которые могут быть своевременно устранены или станут основанием для прекращения дальнейшей обработки вследствие непригодности заготовки. После черновой обработки возникают деформации заготовки в результате перераспределения остаточных напряжений в ее материале, которое наиболее интенсивно происходит при снятии с заготовки наружных слоев материала.

Для выполнения черновых операций выбирают наиболее мощное и менее точное оборудование, а также используют рабочих более низкой квалификации, чем при выполнении чистовых и отделочных операций.

На второй стадии осуществляются операции чистовой обработки, в результате которых завершается обработка одних поверхностей или происходит подготовка других поверхностей к последующей, более точной обработке.

Третья стадия – отделочная обработка; на этой стадии обрабатывают поверхности с точностью (Ra) по 6-7-му квалитету и получают параметр шероховатости поверхности Ra = 0,32 мкм и менее / 27 /.

Отделочные методы обработки предусматривают в конце технологического процесса в силу выделения черновых операций в самостоятельную первую стадию, а также из опасения повреждения окончательно обработанных поверхностей во время многократных установок заготовок на оборудовании и при транспортировании.

Следует отметить, что разделение технологического процесса на указанные три стадии обработки не во всех случаях целесообразно. Например, при обработке заготовки с повышенной точностью и качеством поверхностей технологический процесс начинается с чистовой и даже с окончательной обработки. Если заготовка жесткая, поверхности небольших размеров могут быть окончательно обработаны в начале технологического процесса. При обработке заготовок из пруткового материала на револьверных станках и автоматах не отделяют черновую обработку от чистовой.

Выделение различных стадий обработки в самостоятельные (черновую, чистовую и отделочную) не может быть ограничением в решении вопроса о целесообразности концентрации операций.

При разработке технологического маршрута необходимо учитывать требования к взаимному расположению поверхностей. Если, например, предъявляются высокие требования к соосности поверхностей вращения, следует стремиться к их обработке в одной операции с одной установки.

В связи с невысокими требованиями к точности и качеству свободных поверхностей их обработка заканчивается на стадии чистовых или даже черновых операций и по возможности включается в качестве перехода в операции, где обрабатываются поверхности основной группы.

На ранее обработанных поверхностях производится нарезание зубьев, шлицев, резьбы, фрезеруются лыски, канавки, сверлятся отверстия и др. Обработку этих видов выделяют в самостоятельные операции.

В начале технологического маршрута, используя первоначальные базы, обрабатывают поверхности, которые будут использованы в качестве технологических баз для дальнейшей обработки.

При формировании содержания операции учитывают возможность объединения тех переходов, которые могут быть выполнены на одном станке. Формирование операций и выбор СТО в значительной мере определяются условиями производства. В поточном производстве, например, содержание операции определяют из условия, чтобы их длительность была равна или кратна такту выпуска. А для этого, в необходимых случаях, требуется применять специальные СТО.

На выбор последовательности обработки оказывает влияние возможность сокращения путей транспортирования деталей.

В тяжелом машиностроении обрабатывают крупногабаритные и тяжелые заготовки, что вызывает необходимость сокращения числа их перестановок со станка на станок. Это характерно также для мелкосерийного производства.

При разработке технологического маршрута важно определить, когда будет выполняться термическая обработка. Технологический процесс будет проще и экономичнее, если механическая обработка не прерывается термическими операциями. Это возможно предусмотреть, если заготовка подвергается только предварительной термической обработке, которая заключается в отжиге, нормализации или улучшении материала заготовки.

После выполнения черновых операций, в случае необходимости, в технологическом процессе предусматривается промежуточная термическая обработка:

-         для улучшения обрабатываемости малоуглеродистых, в том числе легированных малоуглеродистых стальных заготовок, предусматривается нормализация;

-         старение предусматривается для крупных отливок ответственных деталей с целью снятия остаточных напряжений в материале заготовки.

После термической обработки (закалка и отпуск) заготовки, до получения HRС_Э 40 необходимо использовать для дальнейшей механической обработки абразивные инструменты. Это необходимо учитывать при составлении технологического маршрута.

При наличии в технических условиях требования повысить твердость отдельных поверхностей (чаще до HRC_Э 55...60) посредством их цементации и последующей закалки необходимо науглероживать эти поверхности. Все другие поверхности должны быть защищены от цементации различными способами: омеднением, повышенным (на глубину цементации) припуском, который удаляют после цементации, но до закалки, а также комбинацией отмеченных способов.

Поверхности, подлежащие цементации, предохраняют от омеднения, покрывая их диэлектриком, чаще лаком.

В маршрутной технологии механической обработки предусматривается технический контроль соответствия параметров требованиям, заданным чертежом и техническими условиями. Технолог должен установить необходимость контроля отдельных элементов процесса и место этого контроля, он назначает методы и средства контроля; особое внимание обращают на операции, где обеспечиваются высокие требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей.

Рекомендации по составлению технологического маршрута обработки изложены в источниках / 2, 9, 13, 14, 24, 30, 31 /.

Разработка технологических операций

Основные задачи, которые решаются на этом этапе, следующие:

-         определение рациональной структуры операции, что позволяет разработать или уточнить содержание и последовательность переходов в операции;

-         выбор средств технологического оснащения, что является основанием для заказа новых СТО, в том числе средств контроля и испытаний;

-         выбор средств механизации и автоматизации выполнения операции, а также выбор внутрицеховых средств транспортирования заготовки, назначение и расчет режимов обработки.

Для решения перечисленных задач технолог должен располагать: документацией на типовые, групповые или единичные технологические операции; классификатором технологических операций; стандартами, каталогами на СТО; документацией по выбору технологических нормативов.

В главе 4 было отмечено, если технологическая база не совпадает с конструкторской, необходимо пересчитать размеры, определяющие взаимное расположение поверхностей, а в главе 9 рассмотрены вопросы расчета припусков на механическую обработку. Отмеченными обстоятельствами объясняется необходимость введения таких технологических размеров (промежуточных и окончательных), которые обеспечили бы требования чертежа. Технологические размеры устанавливают в результате размерного анализа технологического процесса изготовления детали с помощью решения размерных цепей методом максимума-минимума .

Размерный анализ технологического процесса выполняют после того, как разработан маршрутный технологический процесс изготовления детали, а для каждой ее поверхности установлены число и последовательность переходов и операций с указанием необходимости определения соответствующих операционных технологических размеров.

Нормирование технологического процесса

На основании исходных данных производят расчет и нормирование затрат труда на выполнение процесса, определяют разряд работ и дают обоснование профессий его исполнителей (глава 10). На этом же этапе выполняют расчет норм расхода необходимых материалов. При выполнении расчетов и нормировании используют нормативы времени и расхода материалов, классификаторы разрядов работ и профессий, методики разработки норм времени.

Определение требований техники безопасности

Стандарты системы безопасности труда и соответствующие инструкции позволяют разработать требования по технике безопасности и производственной санитарии применительно к условиям конкретного производства (шум, вибрация, радиация, загазованность, опасные и вредные вещества в воздухе рабочей зоны и т. п.). На этом этапе решают также вопросы обеспечения устойчивости экологической среды.

Расчет экономической эффективности технологического процесса

Используя методику расчета экономической эффективности технологических процессов, выбирают из них оптимальный вариант.

Оформление технологической документации

На основании стандартов ЕСТД технологический процесс оформляют документально, производят нормоконтроль документации, согласуют ее со всеми заинтересованными службами и утверждают.

Виды технологической документации определены ГОСТ 3.1102-81.