Принципы разработки технологического процесса

Принципы разработки технологического процесса

Задача разработки технологического процесса изготовления детали заключается  в

нахождении для данных производственных условий оптимального варианта перехода от

полуфабриката, поставляемого на машиностроительный завод, к готовой детали. Выбранный  вариант должен обеспечивать требуемое  качество детали при наименьшей ее

себестоимости. Технологический процесс  изготовления заготовки рекомендуется  разрабатывать в следующей последовательности:

1) изучить по чертежам служебное  назначение детали и проанализировать  соответствие ему технических  требований и норм точности;

2) выявить число деталей, подлежащих  изготовлению в единицу времени  и по неизменяемому чертежу,  наметить вид и форму организации  производственного процесса;

3) выбрать полуфабрикат, из которого  должна быть изготовлена деталь;

4) выбрать технологический процесс  получения заготовки, если неэкономично  или

физически невозможно изготовлять  деталь непосредственно из полуфабриката;

5) обосновать выбор технологических  баз и установить последовательность  обработки поверхностей заготовки;

6) выбрать способы обработки  поверхностей заготовки и установить  число переходов по обработке  каждой поверхности, исходя из  требований к качеству детали;

7) рассчитать припуски и установить  межпереходные размеры и допуски на отклонения всех показателей точности детали;

8) оформить чертеж заготовки;

9) выбрать режимы обработки,  обеспечивающие требуемое качество  детали и производительность;

10) пронормировать технологический процесс изготовления детали;

11) сформировать операции из  переходов и выбрать оборудование  для их осуществления;

12) выполнить размерный анализ  технологического процесса;

13) выявить необходимую технологическую  оснастку для выполнения каждой  операции и разработать требования, которым должен отвечать каждый  вид оснастки;

14) разработать другие варианты  технологического процесса изготовления  детали,

рассчитать их себестоимость и  выбрать наиболее экономичный вариант;

15) оформить технологическую документацию;

16) разработать технические задания  на конструирование нестандартного  оборудования, приспособлений, режущего  и измерительного инструмента.

При разработке технологического процесса используют чертежи сборочной единицы, в состав которой входит деталь, чертежи самой детали, сведения о  количественном выпуске деталей, стандарты  на полуфабрикаты и заготовки, типовые  и групповые технологические  процессы, технологические характеристики оборудования и инструментов, различного рода справочную литературу. Руководящие  материалы, инструкции, нормативы.

Технологический процесс разрабатывают  либо с привязкой к действующему, либо для создаваемого производства. В последнем случае технолог обладает большей свободой в принятии решений по построению технологического процесса и выбору средств для его осуществления.

Разработка технологического процесса изготовления любой детали должна начинаться с глубокого изучения ее служебного назначения (СН) и критического анализа  технических требований и норм точности, заданных чертежом.

Формулируя СН детали, необходимо не только четко сформулировать задачи, для

решения которых предназначена деталь, но и описать условия, в которых деталь должна

выполнять свое СН в течение всего  срока службы.

В первую очередь необходимо «отыскать» исполнительные поверхности детали. Это

те поверхности, которыми деталь выполняет  свое СН и, ради которых она создается.

Важнейшим и самым трудоемким при  достижении показателем качества детали, как и СЕ, является ее точность. Характеризуется  она рядом технических требований (ТТ).

Анализ и корректировку ТТ на деталь удобно выполнять в несколько этапов.

На первом этапе анализируется  и корректируется номенклатура ТТ, которая условно состоит из 2 групп. К одной группе относятся показатели, характеризующие точность каждой поверхности детали: точность размеров (длина, Ø, высота и т.п.); точность формы (макроотклонения, волнистость, микроотклонения); твердость, покрытие и т.п.

Ко второй группе относятся показатели, характеризующие относительное  расположение всех поверхностей детали (параллельность, симметричность, соосность и т.п.).

Непрерывно-поточное производство целесообразно  организовывать тогда, когда технологическое  оборудование можно полностью загрузить  изготовлением детали одного

наименования, т.е. при массовом типе производства.

При изготовлении малотрудоемких деталей  в относительно небольших количествах

(крупносерийное, серийное производство) целесообразно организовывать переменнопоточное производство. При этом детали объединяют в группы по признакам близости СН, конструктивных форм, размеров, ТТ, материалов и разрабатывается групповая технология. 

Выбор исходной заготовки и метода ее получения

Основными факторами, влияющими на решения, принимаемые на данном этапе  разработки технологического процесса изготовления детали, являются: конструкция  детали, материал, служебное назначение, технические требования, программы  выпуска в год (Nг) и по неизменным чертежам (Nн.ч.); тип производства, вид и форма организации производства, стоимость материала (полуфабриката), себестоимость исходной заготовки,

получаемой тем или иным методом; расход материала, себестоимость изготовления детали из исходной заготовки.

Выбор исходной заготовки и метода ее получения должен обеспечивать минимальную  себестоимость детали. Исходная заготовка  – заготовка перед первой технологической  операцией механической обработки.

Для того чтобы проще представить  последовательность выбора исходной заготовки,

Себестоимость самих исходных заготовок, полученных разными методами, колеблется в широких пределах. Для получения заготовок используют разнообразные технологические процессы и их сочетания: различные способы литья, пластического деформирования металлов, резка, сварка, комбинированные способы: штамповки – сварки, литья – сварки; порошковой металлургии.

Основанием для выбора технологических  баз является служебное назначение поверхностей детали и установленные  между ними размерные связи.

Выбор технологических баз зависит: от ТТ, характеризующих точность размеров,

расположения и макрогеометрию поверхностей детали (за исключением случаев их обработки мерным инструментом); от возможностей существующего парка оборудования и технологической оснастки.

Выбор технологических баз выполняют  в два этапа:

– выбирают технологические базы, необходимые для получения наиболее ответственных показателей точности детали и используемые при обработке  большинства поверхностей заготовки;

– выбирают технологические базы на первой (первых) операции технологического

процесса.

Выбор технологических баз для  обработки большинства поверхностей заготовки

определяет те поверхности, с которых  необходимо начинать ее обработку. Выбор  технологических баз на первой (первых) операции связан с решением двух групп  задач:

1) установлением связей между  обрабатываемыми и остающимися  необработанными поверхностями;

2) распределением припусков между  обрабатываемыми поверхностями.

Обычно возможны несколько вариантов. Каждый вариант базирования обеспечивает прямое (кратчайшее), т.е. наилучшее  решение лишь одной задачи из всей совокупности. Поэтому нужно выбрать  тот вариант, который обеспечивает все ТТ в пределах допускаемых отклонений и менее сложен в реализации схем базирования.

Определение последовательности обработки  поверхностей заготовки. Выбранный  вариант базирования служит основой  при определении последовательности обработки поверхностей заготовки. Вместе с тем, определяя последовательность обработки, учитывают: конструктивные особенности детали; требования к ее качеству; методы получения размеров, свойства заготовки (материал, масса, размеры, припуски на обработку); возможности оборудования, необходимость в термической обработке; организацию производственного процесса и др.

Обработку заготовки начинают обычно с подготовки технологических баз. В комплекте баз в первую очередь  обрабатывают поверхность (или сочетание  поверхностей),

лишающую заготовку большего числа  степеней свободы (установочная или  двойная направляющая база). Базирование  заготовки по необработанным поверхностям в направлении выдерживаемых  размеров допустимо лишь один раз.

В начале технологического процесса обычно стремятся снять с заготовки  наибольшие припуски с тем, чтобы  создать лучшие условия для перераспределения  остаточных

напряжений в заготовке и  вскрыть возможные дефекты на ранней стадии обработки.

Высокие требования к точности формы, размеров и относительного положения  поверхностей детали заставляют вести  обработку заготовки в несколько  переходов. В отдельных случаях  предварительную и окончательную  обработку поверхности выполняют  последовательно при одной установке  заготовки. Чаще эти этапы разделяют, относя

окончательную обработку поверхностей на конец технологического процесса.

В конец технологического процесса выносят обработку легкоповреждаемых  поверхностей (например, наружных резьб).

На последовательность обработки  поверхностей заготовки влияют термическая (ТО)

и химико-термическая обработка (ХТО). Неизбежное деформирование заготовки  в результате такой обработки  вынуждает предусматривать в  технологическом процессе предварительную  и окончательную обработку и  начинать последнюю с «правки» технологических  баз. Поверхности, исправление которых  после ТО затруднительно (например, крепежные отверстия в корпусных деталях), обрабатывают после ее выполнения. Некоторые виды ХТО усложняют процесс механической обработки. Так, при цементации, если требуется науглеродить только отдельные поверхности заготовки, остальные защищают либо омеднением, либо дополнительным припуском, удаляемым после цементации, но до закалки.

Влияет на последовательность обработки  поверхностей и необходимость соблюдения очередности в образовании различных  конструктивных элементов детали. Например, крепежные резьбовые отверстия  нужно обрабатывать после того, как  будет окончательно обработана поверхность  заготовки, с которой они сопряжены. В противном случае резьбы в отверстиях будут испорчены.

Все перечисленное служит основой  для разработки технологического процесса механической обработки заготовки.

Выбор способов обработки и определение  количества необходимых переходов

В этом разделе после того, как  установлена последовательность обработки  всех поверхностей заготовки, выбираются способы и средства обработки  каждой из них.

Разработка технологического процесса как таковая состоит из комплекса  взаимосвязанных работ, предусмотренных  Единой системой технологической подготовки производства (ЕСТПП), и должна выполняться  в полном соответствии с требованиями.

В зависимости от годового объема выпуска изделий и принятого  типа производства

решение технологических задач  осуществляется по-разному. Для мелкосерийного производства разрабатывается единичный  технологический процесс, дающий возможность  сокращать время на подготовку производства, эффективно применять универсальное  оборудование и универсально-наладочные приспособления.

Для серийного производства следует  стремиться строить технологический  процесс,

ориентируясь на использование  переменно-поточных линий, когда последовательно  изготовляются партии деталей одних  наименований или размеров, или групповых  поточных линий, когда параллельно  изготовляются партии деталей различных  наименований.

Для массового производства необходимо предусматривать возможность организации

непрерывной поточной линии с использованием специальных и агрегатных станков,

специальной переналаживаемой технологической  оснастки и максимальной механизации  и автоматизации производственных процессов.

При разработке технологического процесса руководствуются следующими принципами:

– в первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при

дальнейшей обработке;

– после этого обрабатывают поверхности  с наибольшим припуском;

– далее выполняют обработку  поверхностей, снятие металла с которых  в наименьшей степени влияет на жесткость  заготовки;

– в начало технологического процесса следует относить те операции, на которых  можно

ожидать появление брака из-за скрытых  дефектов металла (трещин, раковин, волосовин  и т.п.);

– поверхности, обработка которых  связана с точностью и допусками  относительного расположения поверхностей (соосности, перпендикулярности, параллельности и т.п.),

изготовляют при одной установке;

– совмещение черновой (предварительной) и чистовой (окончательной) обработок в

одной операции и на одном и том  же оборудовании нежелательно – такое  совмещение

допускается при обработке жестких  заготовок с небольшими припусками;

– при выборе установочных (технологических) баз следует стремиться к соблюдению

двух основных условий: совмещению технологических баз с конструкторскими (например, отверстие в корпусе  насадной цилиндрической фрезы одновременно служит посадочным местом для оправки  в процессе эксплуатации и базой  для большинства операций); постоянству  баз, т.е. выбору такой базы, ориентируясь на которую можно провести всю  или почтивсю обработку (например, центровые отверстия вала, оси или хвостовики режущего инструмента). Принцип базирования заготовок должен строго соответствовать. Предварительная разработка технологического процесса обработки заданной детали заканчивается составлением и оформлением комплекта документов технологического процесса.

Состав и формы карт, входящих в комплект документов, зависят от вида технологического процесса (единичный, типовой или групповой), типа производства и степени использования разработчиком (предприятием, учебным заведением) средств вычислительной техники  и автоматизированной системы управления производством.

По степени детализации описания полноты информации. Каждый из указанных  видов технологических процессов  предусматривает различное изложение  содержания операции и комплектность  документации.

В маршрутном технологическом процессе содержание операций излагается только

в маршрутной карте без указания переходов (допускается включать режимы обработки,

т.е. строку со служебным символом – Р). Применяется в единичном  и мелкосерийном

типах производства.

В операционном технологическом процессе маршрутная карта содержит только наименование всех операций в технологической  последовательности, включая контроль и

перемещение, перечень документов, применяемых  при выполнении операции, технологическое  оборудование и трудозатраты. Сами операции разрабатываются на операционных картах. Применяется в крупносерийном и массовом типах производств.

В маршрутно-операционном технологическом  процессе предусматривается краткое  описание содержания отдельных операций в маршрутной карте, а остальные  операции оформляются на операционных картах. Для дипломного проектирования рекомендуется операционная или  маршрутно-операционная степень детализации  описания технологического процесса. Все виды технологических документов содержат единую форму основной надписи, содержание и правила заполнения которой регламентируются. Учитывая, что маршрутная карта является основным и обязательным документом

любого технологического процесса, далее подробно рассматривается  пример заполнения маршрутной карты.

Методика разработки технологического процесса

Разработка технологического процесса представляет собой сложную комплексную задачу, для которой характерна многовариантность возможных решений. Выбор наилучшего решения для конкретных условий является важным условием повышения эффективности производства и его совершенствования. Выбранный оптимальный вариант технологического процесса должен быть осуществим в конкретных условиях производства в кратчайшие сроки с минимальными потерями материальных и трудовых ресурсов и обеспечить в дальнейшем минимальную трудоемкость и себестоимость, при стабильном высоком уровне качества продукции. Выбранный вариант технологического процесса должен соответствовать высокой категории уровня с технически обоснованными средствами автоматизированных систем управления производством. При разработке технологического процесса на изделия используются следующие данные:

• рабочие чертежи изделия и его деталей;
• технические условия, нормы точности и другие данные, характеризующие служебное назначение деталей, требования к деталям и их поверхностям;
• программа, количество деталей, изготавливаемых в единицу времени;
• условия, в которых будет осуществляться разрабатываемый технологический процесс: имеющееся оборудование, площади, транспортные средства, контрольные приборы и т. п.;
• стандарты и нормали на полуфабрикаты, материалы и комплектующие изделия;
• типовые технологические процессы и режимы на детали и аналогичные изделия;
• техническая характеристика оборудования, режущего инструмента и оснастки;
• справочные и руководящие материалы по перспективной технологии и новым материалам.

Разработку технологического процесса на изделие можно представить  в следующей последовательности действий:

• по рабочим чертежам и техническим условиям изучить требования, которые предъявляются к деталям и изделию в целом;
• установить количество деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени по каждому виду, представленных одним чертежом;
• установить целесообразные формы организации производства: индивидуальное, поточное, вид потока, его форму осуществления;
• выбрать наиболее подходящие полуфабрикаты для изготовления деталей из имеющихся или возможных для приобретения по стандартам;
• выбрать вариант типового технологического процесса получения заготовок или деталей;
• разработать индивидуальный технологический процесс изготовления деталей из заготовок в нескольких возможных вариантах;
• проанализировать варианты и обосновать выбор оптимального;
• составить соответствующую технологическую документацию на выбранный вариант.

При разработке технологических  процессов на механическую обработку  заготовок рационально руководствоваться  следующей последовательностью:

• наметить рациональную последовательность обработки поверхностей заготовок, выявить возможность одновременной их обработки, установить технологические базы, оценить возможности их использования;
• определить вид оборудования, обеспечивающего получение детали из заготовки требуемой точности с минимальной затратой, труда;
• определить количество необходимых проходов и переходов;
• выяснить возможность совмещения переходов;
• уточнить технологические базы, намеченные для использования на каждом виде оборудования;
• определить необходимую оснастку для выполнения каждой технологической операции, установить требования к оснастке и возможность использования имеющейся;
• рассчитать межпереходные размеры и допуски заготовок по всем показателям точности для самоконтроля рабочего;
• разработать другие возможные варианты механической обработки заготовок или получения детали другими методами, составить калькуляцию технологической себестоимости по укрупненным данным для каждого варианта; обосновать выбор оптимального варианта;
• оформить технологическую документацию;
• разработать техническое задание на конструирование нетиповых приспособлений и режущего инструмента и т. п.

Типизация и стандартизация технологических процессов позволяет  сократить сроки технологической  подготовки и трудоемкость оформления документации в 2-3 раза. При этом исключаются  возможные ошибки технолога в  оценке анализируемых вариантов  технологического процесса. Стандартизация технологических процессов включает решение комплекса производственных задач, связанных с технологией, планированием, организацией и экономикой производства. При стандартизации обеспечивается единство методики проектирования технологических  процессов, сокращается многообразие возможных вариантов, создаются  условия для механизации и  автоматизации, гарантируется стабильность качества продукции.

Исходной основой стандартизации и типизации технологических  процессов является классификация  объектов производства, технологических  операций и средств технологического оснащения и методов контроля. Основными элементами технологии, которые  подлежат стандартизации, являются: виды заготовок; межоперационные требования к заготовкам; состав и последовательность технологических операций; технологическая  операция; средства технологического оснащения; режимы обработки и условия  их осуществления; специальные термины  и определения; технологическая  документация.

Стандартизация технологических  процессов может быть осуществлена по соответствующим методикам на различных уровнях, в зависимости  от этого определяются объекты стандартизации. На уровне государственных стандартов устанавливается единство на термины, правила проектирования, технологическую  документацию, средства технологического оснащения, контроль. Отраслевыми стандартами  регламентируются: типовые технологические  процессы и операции отраслевого  применения; схемы базирования, режимы обработки, нормы.

Стандарты предприятий устанавливают: конкретные типовые, технологические  процессы и операции, средства технологического оснащения. Типизация технологических  процессов является начальной стадией  стандартизации. При типизации технологических  процессов могут использоваться различные подходы. В некоторых  случаях за основу типизации используют сходство деталей по геометрическим и технологическим параметрам. Общим  для таких деталей является технологический  процесс, имеющий единый план последовательности обработки по основным технологическим  операциям на одинаковом оборудовании с применением одинаковой оснастки. Такой подход эффективен для тех  случаев, когда технологический  процесс определяется особенностью формы детали или составом сборочных  единиц.

В деревообработке структура  технологического процесса в значительной степени определяется особенностью свойств древесных материалов. Технологические операции и оборудование в производстве изделий изменяются в меньшей степени, чем ассортимент продукции. В таком случае наиболее приемлем маршрутный метод типизации технологического процесса, который заключается в установлении определенной, наиболее рациональной последовательности выполнения операции по оптимальным режимам. В результате такой типизации составляются схемы стадийных маршрутов для конкретных условий предприятия. Количество стадийных маршрутов устанавливается с учетом ассортимента и перспективы развития производства. Каждый маршрут должен быть оптимальным по техническому и экономическому осуществлению. В производстве изделий типизацию технологических процессов осуществляют по следующим стадиям: производство черновых заготовок; производство чистовых заготовок; производство брусковых заготовок; производство щитов; сборка, повторная обработка сборочных единиц; окончательная обработка сборочных единиц; сборка изделий.

Разработке типовых технологических  процессов предшествует создание оперативных  и перспективных технологических  процессов. Оперативные технологические  процессы отражают наиболее прогрессивное  состояние технологии в данный момент. Они предусматривают применение в производстве нового, но проверенного высокопроизводительного оборудования. Перепектйаные технологические процессы представляют собой образец технологии, которая основывается на более совершенных методах с учетом последних достижений науки и техники, с использованием изобретений.