Влияние вида заготовки на трудоемкость технологических операций обработки типовых самолетных деталей на станках с ЧПУ

Аннотация: приведены результаты исследования влияния на трудоемкость видов заготовок, использующихся в современном производстве для формообразования деталей на оборудовании с числовым программным управлением.

Развитие науки, масштабы практического использования ее результатов в настоящее время становятся важнейшими факторами повышения эффективности промышленного производства. Главенствующими становятся информационные технологии во всех своих аспектах. В современных условиях имеет место качественно новое явление: формируется единая целостная научно-технологическая система [1]. Основной прирост производительности труда обеспечивается путем внедрения в промышленность новых технических средств и прогрессивных технологических процессов. Это приводит к тому, что все более часто в процессе своей деятельности конструкторам и технологам приходится принимать технические решения путем выбора оптимальных вариантов. Между тем в момент, когда такое решение должно быть принято, иногда они не располагают необходимой исходной информацией. И все же должен быть выбран тот предпочтительный вариант конструкции изделия или технологического процесса, который затем будет разрабатываться для внедрения в производство [2].

Решение задачи максимального приближения геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали стало одной из главных тенденций в технологических процессах заготовительного производства. Однако решение этой задачи часто ограничивают сферой технологии производства, не учитывая того, что заданные конструктором геометрия, размеры и марка материала детали во многом предопределяют и технологию ее изготовления. Таким образом, выбор вида заготовки для детали происходит, по существу, в процессе конструирования, так как при расчете деталей на прочность, износостойкость или при учете других показателей эксплуатационных свойств проектируемой детали конструктор исходит из физико-механических свойств применяемого материала с учетом влияния на них способа получения заготовки. Следовательно, уже на стадии конструкторской проработки необходимо проводить сравнительный технико-экономический анализ различных вариантов получения заготовки, пользуясь хотя бы укрупненными показателями, в результате чего должен быть выбран оптимальный способ получения заготовки.

При выборе заготовки для детали выбирают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков на обработку, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется технологическая оснастка заготовительного цеха, 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 с соблюдением заданных требований к качеству. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом условий конкретного производства. При проектировании технологического процесса механической обработки для конструктивно сложных деталей важно иметь данные о конфигурации и размерах заготовки.

Виды технологических процессов получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами поверхностей, размерами деталей и программой их выпуска.

В действующем производстве учитываются возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования). Также оказывают влияние плановые сроки подготовки производства (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм, т. е. вся комплексная подготовка производства).

При выборе технологических методов и процессов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Для этого необходимо в конструкции заготовки и технологии ее изготовления предусмотреть возможность экономии труда и материалов путем применения рациональных заготовок, а также автоматизированных технологических процессов.

Легче всего поддаются автоматизации непрерывные процессы производства заготовок – литье профилей, прокат, сварка.

Особенно важно правильно выбрать заготовку и назначить оптимальные условия ее изготовления в автоматизированном производстве, когда обработка ведется на автоматах, автоматизированных гибких и автоматических линиях, управляемых системой ЧПУ. Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать утвержденным техническим условиям. Поэтому заготовки подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д. Проверке подвергают химический состав и механические свойства материала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.

У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, по схеме установки, принятой для первой технологической операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей заготовки должны соответствовать требованиям, отраженным в конструкторской документации на заготовку. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже или на электронной 3D-модели детали, обладать соответствующими механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок – рыхлостей, раковин, посторонних включений, для поковок – пористости и расслоений, трещин, изломов, крупнозернистости, шлаковых включений, для сварных конструкций – непроваров, пористости металла шва, шлаковых включений).

Заготовка должна иметь несколько большие размеры, чем обработанная деталь, т. е. предусматривается слой металла, снимаемый при механической обработке. Этот слой металла носит название припуска на обработку.

Величина припуска должна быть наименьшей, но при этом обеспечивать получение годной детали, т. е. заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам готовой детали.

Выбор способов получения заготовки определяется технологическими свойствами металла, т. е. его литейными свойствами или способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением, а также структурными изменениями материала, получаемыми в результате применения того или другого метода выполнения заготовки (расположение волокон в поковках, величина зерна в отливках и т. д.). Способ получения заготовки определяется назначением и конструкцией деталей машин, материалом, требованиями к точности и чистоте поверхности. Учитываются при этом и тип производства и экономическая целесообразность.

Основные способы производства заготовок – литье, обработка давлением, сварка.

Рассмотрим влияние вида заготовки (плита, штамповка) на трудоемкость при обработке конкретной детали «Кронштейн» (рис. 1) на высокоскоростном станке DMU-60 с контурной системой ЧПУ. Представленная 3D-модель кронштейна была выполнена в системе твердотельного моделирования «КОМПАС-3D V15» для последующей технологической проработки [3].

Рис. 1. Электронная модель детали «Кронштейн»

В технологическом процессе изготовления этой детали, которая используется на сегодняшний день, в качестве заготовки применяется плита. Рассмотрим, что же изменится при использовании в технологическом процессе штампованной заготовки. Приведем сравнительную характеристику изготовления этой детали из плиты и из штамповки (табл. 1). Конструкционный материал кронштейна – титановый сплав ВТ-6.

Таблица 1

В результате проведенного нормирования технологических операций и анализа сравниваемых вариантов технологических процессов изготовления типовой самолетной детали, сделаны следующие выводы.

1. Снизилось количество технологических проходов из-за уменьшения объема снимаемого материала.
2. Как следствие, произошло увеличение срока службы режущего инструмента.
3. Основное (машинное) время сократилось на 30 %, что привело снижению общей трудоемкости технологических операций.
4. Имеет место быть экономия дорогостоящего конструкционного материала ВТ-6 (вес плиты – 9,7 кг, вес штамповки – 6,928 кг).

Список литературы

1. Бойцов Б. В., Кузнецов М. А., Элькин Г. И. Концепция качества жизни: проблемы в глобальном и региональном измерениях. – М. : Академия проблем качества, 2012.
2. Кряжев Д. Ю. Фрезерная обработка на станках с ЧПУ. – М. : Ирлен Инжиниринг, 2005.
3. Азбука КОМПАС-3D V15. // Коллектив Аскон. – М.: АСКОН, 2014.

Материал поступил в редакцию 30.03.2017
© Бехметьев В. И., 2017