Feld M. - Technologia budowy maszyn

, SPIS TRESCI

PRZEDMOWA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Rozdział I. WIADOMOŚCI OGÓLNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. Proces technologiczny i jego podział . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Rodzaje obróbki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Projektowanie operacji obróbki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Dane wejściowe do projektowania procesu technologicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . a. Dokumentacja konstrukcyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Program produkcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Środki produkcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Dokumentacja technologiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Norma czasu pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Koszty wytwarzania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 1I

24 31 31 44 46

R&zdział Il. PÓLFABRYKATY .. . .. .. . . . . . .. . .. . . . . . . . .. . .. . .. . .. . . . . . . . .. ... . . . . . . . .. . .. . . . . . . .

47

1. Rodzaje półfabrykatów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . a. Półfabrykaty z mateńał6w hutniczych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Półfabrykaty spajane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Odkuwki . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Odlewy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Półfabrykaty z tworzyw sztucznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. Wykroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g. Półfabrykaty otrzymane metodą obróbki plastycznej aa zimno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h. Półfabrykaty otrzymane przez spiekanie proszków metali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Czynniki wpływające na dobór półfabrykatu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Przygotowanie półfabrykatów do obróbki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Przygotowanie prętów walcowanych i ciągnionych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Przygotowanie półfabrykatów walcowanych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . c. Przygotowanie odlewów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Przygotowanie odkuwek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Stępienie ostrych krawędzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

Rozd.ział

m.

RODZAJE NADDATKÓW I CZYNNIKI WPLYWAJĄCE NA ICH WIELKOŚĆ

I. Wielkości podstawowe w odniesieniu do naddatków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Obliczenie Liczby niezbędnych operacji obróbkowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Normatywy naddatków na obróbkę skrawaniem ............... „ ... „......................... 4. Norma zużycia materiału . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . .

16 20 23 23

47 50 '52 58 60 61 63 63 64 65 66 73 73 74 74 77 77 82 82 93

6

Spis treści

Rozdział IV. BAZY OBRÓBKOWE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

I. Zasady us talania przedmiotów obrabianych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Rodzaje baz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Zasady wyboru baz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Wybór bazy do pierwszej operacji .. . ................. „................................... b. Wybór bazy do operacji dalszych „ . „ . . . . • . . . . . „ ... „ ... „ „ „ .. „ ....... „ .. „ . . . . . . • . „ 4. Dokładność bazowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95 98 103 103 104 105

Rozdział V. DOKLADNOŚĆ OBRÓBKI. ....... . .. . .. . .......... . ................... . ...........

107

błędów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Błędy wymiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Błędy kształtu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Błędy położenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d . Błęd y powierzchni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Czynniki wplywające na dokładność obróbki „ ... . . . . . . „ „ .. „. „ „ „ „ . „ „ . . . „ „ „ . „ . . . . . a. Dokladność obrabiarek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Dokładność n arzędzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. S ztywność układu technologicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Odkształceni a cieplne układu technologicznego . „ .. . . . . . „ . . „ .... „ . „ „ „ . • „ .... „ . .. . . e. Naprężenia własne .......... „ . . . . • . . . . . . . • . . • . . . . . . . . . „ . • . . . . . . . . . . • . • . . . . . . . . . . . • . „ . . . . f. Drgania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g. Dokładność pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . h. Dokładność nastawienia obrabiarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Błędy obróbki partii przedmiotó w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Ekonomiczna dokładność obróbki . ... . .. . ..... „ . . . . „ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I 07 108 I 08 108 115 115 116 11 7 122 123 125 127 128 130 132

Rozdział VI. JAKOŚĆ WYROBU ................................... . ..... . ...... . ...............

134

I. Rodzaje jakości wyrobu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Warstwa wierzchnia i czynniki ją kształtujące „ „ . . „ .. „ „ .. „ „ „ ... „ .... „ .. . „ „ „ . „ . „ . a. Budowa warstwy wierzchniej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Czynniki kształtuj ące warstwę wi erzchnią „ „ „ . „ . „ .. „ ...... „ . . . . . . . „ . . ..... . . „ . . . . .. c. Charakterystyka podstawowa warstwy wierzchniej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Wlak iwofoi fizyczne warstwy wierzchniej ..... „ . . . . . . „ ..... . „ .......... „ ........ . .. „ . e. Wpływ stanu warstwy wierzchniej na jakość u żytkową wyrobu . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

134 135 137 137 138 143 145

1. Rodzaje

TECHNOLOGICZNE .. .................................

148

I. Podział o przyQ4dowania .............................................. .. .... „ . „. . ........... 2. Rola oprzyrządo wania i zakres stosowania .. . .... „ . . .. „ . „ .. . ..... „ .... „ ......... . . „ ... „ a. Oprzyrządowanie stosowane w obróbce skrawaniem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Oprzyrządowani e stosowane w technologii spajania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Oprzyrządowanie stosowane w technologii montażu ... „ . „ .. „ .. „ . . . . . . . . „ . . . . . . • „ . . . . . d. Oprzyrządowani e do obróbki plastycznej .......... „ „ . . . „ . „. „ .. „ .. „ . „ .. „ „ „ „ „ . . . e. Oprzyrządowanie stosowane w odlewnictwie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. Oprzyrządowani e stosowane w przetwórstwie tworzyw sztucznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Ogólne wytyczne do projektowania oprzyrządowani a . „ „ „ . „ .. „ ........... „ .. „ .. „ . . . . . „

148 149 149 154 156 158 16 1 163 165

Rozdział

Vll.

I07

OPRZYRZĄDOWANIE

Rozdział VUI. PODZIAL CZĘŚCI MASZYN WEDŁUG PODOBIEŃSTWA

TECHNOLOGICZNEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 1

I. Klasyfikacja części wg S okołowskiego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Technologiczny klasyfikator części maszyn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Jednolity klasyfi.kator konstrukcyjno-technologiczny przedmiotów produkcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 1 173 174

Spis treści

7

4. Typizacja procesów technologicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Obróbka grupowa części maszyn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

183 183

Rozdział IX. WYTYCZNE DO PROJEKTOWANIA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH TYPOWYCH CZĘŚCI MASZYN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

187

I. Operacje kształtowania elementarnych powierzchni ..............„ . . . . . . . . . . . .. ... . .. . . . . . . . . . . a. Operacje kształtowania zewnętnnych powierzchni walcowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Operacje kształtowania otworów ...... ... ......... . .................. . ... . ........ „ . „.... c. Operacje kształtowania powierzchni ptaskich .............. „ „. „ .... „ . . . „ . . . . . . . . „ .. „ . d. Operacje kształtowania powierzchni stożkowych i kształtowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Operacje kształtowania rowków wpustowych i wielowypustów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. Operacje kształtowania gwintów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g. Operacje kształtowania uzębień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Operacje występujące w trakcie procesów technologicznych części różny ch kJas . . . . . . . . . . . . . . . a. Trasowanie ........ „ .... „ . „ . „. „ . . . . „ .......... . .. „ . . . . . . . • • • „. „... . ............... b. Obróbka cieplna i obróbka cieplno-chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Usuwanie zadziorów i załamywanie ostrych krawędzi ....... „ . „ .. „ „ .. „ . ...... „ „ „ „ . d. Prostowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Mycie częśc i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. Kontrola jakości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Przykłady ramowych procesów technologicznych dla części kJasy wałek, tuleja, dźwignia i korpus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Przykłady procesów technologicznych wałków stopniowanych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Przykłady procesów technologicznych tulei „ • „ .. „ . . . „ „ .. „ . „ . „ . . . . . • „ .. „ „ „ . . . „ . c. Przykłady procesów technologicznych dźwigni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Przykłady procesów technologicznych korpusów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

187 187 206 216 226 227 233 238 252 252 253 253 255 255 256

Rozdział X: TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

263

I. Pojęcie technologiczności konstrukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Normalizacja i unifikacja części oraz zespołów ...... „ „ „ „ „ .. „ „ .. „ . „ „ . „ „ „ „ „ . . „ „ 3. Racjonalny dobór materiałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Właściwe zaprojektowanie części dla racjonalnego ksztaltowania półfabrykatów . . . . . . . . . . . . . . . a. Technologiczność konstrukcj i odlewów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Technologiczność konstrukcji odkuwek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Technologiczność konstrukcj i spawanych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Racjonalne kształtowanie części ze względu na obróbkę wiórową . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Technologiczno ść konstrukcji części kJasy wałek, tuleja i tarcza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Technologiczność konstrukcji części kJasy korpus . .. . „ . „ „ „ . . . . . . . . . „ . . . „ . „ .. „ „ . . . . c. Technologiczność konstrukcji części klasy d źwignia „ •.• . . „ . „ . . .• . „ . „ .. „ . „ . . . . . „ . . .. d. Technologiczność konstrukcji części plask.ich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Racjonalne kształtowanie części ze względu na montaż ...... . ....... . .......... „ . . ... ... „ . . . a. Zasada zespołowości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Zasada unifikacji części . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Zasada baz montażowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Zasada eliminowania naprężeń ...... „ .. „ . „ „ „ . . . . . . . .. ... „ . „ . „ „ „ „ .. „ .. „ . . . . . . „ e. Zasada eliminowania możliwości błędnego montażu . „ . „ „ „ „ ... „ • . . . . . „ „ .. . . . . . „ .. „ 7. Technologiczność konstrukcji części obrabianych na obrabiarkach sterowanych numerycznie . „

263 264 264 264 265 266 267 268 268 269 272 273 274 274 275 275 278 278 279

Rozdział

XI. TECHNOLOGIA MONTAŻU

. „ ... „ .. „ „ ...•. „

„ „ .. „ „ „ •. „

. . . . „. „

.. „

.. „

I. Metody montażu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Montaż z zamiennością całkowitą „ „ • . . . . . . . . . . . . . „ . . . . . . „ . . .. . .. .. „ ...• . . „ „ „ „ „ „ . b. Montaż z zamiennością częściową . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

257 257 258 259 261

283 283 284 284

8

Spis

treści

Montaż połączeń nierozłącznych i rozł ącznych ...............................•. „ . . . . . . . . . . . . . a. Monta ż połączeń nierozłącznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Montaż połączeń rozłącznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Automatyzacja montażu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Formy organizacyjne montażu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Montaż stacjonarny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Montaż potokowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Opracowanie procesów technologicznych montażu .............. „............................

286 286 289 292 295 295 295 296

Rozdział XII. AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH ....................

308

I. Minimalizacja pracochlonności . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Minimalizacja czasów pomocniczych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Minimalizacja czasów głównych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. 'Minimalizacja czasu przygotowawczo-zakończeniowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Minimalizacja czasu obsługi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Wpływ mechanizacji i automatyzacji na jakość wyrobów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

309 309 325 326 326 326

Rozdział Xill. AUTOMATYZACJA PROJEKTOWANIA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH ............................................. ........... . ... . .............................

327

2.

I. Systemy komputerowo wspomaganego projektowania i zintegrowanego wytwarzania . . . . . . . . . . . 2. Metody automatyzacji projektowania procesów technologicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Projektowanie na podstawie typowych procesów technologicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Projektowanie na podstawie powtórnego zastosowania indywidualnych procesów technologicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Projektowanie iteracyjne ......................... . ........................ . .. „ . „ • • • • . • • . . d. Projektowanie oparte na syntezie procesu technologicznego . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Podział metod projektowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Projektowanie konwencjonal.ne (ręczne) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Projektowanie wspomagane komputerowo .... . .............. „ . • . • • • • • • . • . . . • . . • • . . • • . . • . . . c. Projektowanie warsztatowe ......................................................... „ • . „ •

327 33 1 331 332 332 333 334 334 34 1 342

LITERA TURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

344

SPIS NORM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

346

PRZEDMOWA

Podręcznik

Technologia budowy maszyn jest przeznaczony dla wszystkich studentów kierunek mechanika i budowa maszyn, niezależnie od wybranej specjalności i kierunku dyplomowania. Jest on pomyślany jako pomoc dydaktyczna do przedmiotu „technologia budowy maszyn" w grupie przedmiotów podstawowych kierunkowych w bloku „techniki wytwarzania". Książka zawiera minimum wiadomości, jakie powinien mieć każdy inżynier mechanik. Podręcznik można umownie podzielić na dwie części: pierwsza, teoretyczna (rozdz. I+VID zawiera podstawowe wiadomości z technologii budowy maszyn, takie jak: struktura procesu technologicznego i dane wejściowe do jego projektowania, półfab­ rykaty i ich przygotowanie do obróbki, rodzaje obróbki, bazy obróbkowe, dokładność obróbki i jakość wyrobów oraz oprzyrządowanie technologiczne. Część druga (rozdz. VID+XIII) jest ściśle związana z projektowaniem procesów technologicznych. W niniejszym, trzecim wydaniu dokonano wielu istotnych zmian i uzupełnień. Są one związane z tendencjami jakie zarysowują się w projektowaniu procesów technologicznych. Dotyczą przede wszystkim obróbki materiałów z wysokimi prędkościami skrawania, obróbki materiałów w stanie twardym, obróbki na sucho lub z ograniczoną ilością płynu, a także nowych procesów technologicznych: szlifowania punktowego, gładzenia i łu szczenia zębów kół zębatych. studiujących

Autor

Rozdział

I

" " WIADOMOSCI OGOLNE

W rozdziale tym zostanie przedstawiona struktura procesu technologicznego oraz dane wejściowe do zaprojektowania tego procesu. Dotyczą one w szczególności projektowania operacji obróbki, dokumentacji konstrukcyjnej, dokumentacji technologicznej oraz normy czasu pracy. niezbędne

1. PROCES TECHNOLOGICZNY I JEGO PODZIAŁ Proces technologiczny jest to podstawowa część procesu produkcyjnego związana ze zmianą kształtu, wymiarów, jakości powierzchni i właściwości fizykochemicznych przedmiotu obrabianego. Z definicji tej wynika funkcja procesu technologicznego, jako zmiana stanu przedmiotu obrabianego ze stanu początkowego SP, będącego stanem półfabrykatu lub materiału wejściowego, na stan końcowy S1:· Funkcją procesu technologicznego jest zatem przekształcenie zbioru cech początkowych przedmiotu w zbiór cech końcowych: bezpośrednio

F:SP~Sk,

funkcja procesu, SP - stan początkowy przedmiotu obrabianego, Sk przedmiotu obrabianego. Stan końcowy wyrobu można z kolei zapisać w postaci

gdzie F -

stan

końcowy

Sk = {I, W, M, G}, gdzie I - dane identyfikujące rysunek, W - wskazówki specjalne, M - materiał i obróbka cieplna, G - cechy geometryczne i fizyczne przedmiotu. Strukturalny schemat procesu technologicznego przedstawiono na rys. 1-1. Jak widać, proces technologiczny dzieli się na operacje. Operacja jest to część procesu technologicznego wykonywana na jednym stanowisku roboczym przez jednego pracownika (lub grupę pracowników) na jednym przedmiocie (lub grupie przedmiotów) bez przerw na inną pracę.

12

I.

Wiadomości

ogólne

PROCES TECHNOLOGICZNY

Operacje

Operacja 1

Operacja 2

Zamocowanie 1

Pozycjo 1

Zamocowanie 2

Pozycjo 2

I Zomoc~wonie n

Pozyqo n

Operac1a 3

OperaCJO n

Zabieg 3

Zabieg n

Zabiegi

Zabieg 1

Przejście

Zabieg 2

1

Przejście 2

Przejście

n

Czynności

Ruchy elementarne

Rys. I- I. Strukturalny schemat procesu technologicznego

Operacja może być wykonana w jednym lub kilku zamocowaniach. Przez zamocowanie należy rozumieć przyłożenie sił i momentów sił do przedmiotu obrabianego w celu zapewnienia stałości jego położenia podczas wykonywania danej operacji technologicznej. Przeprowadzenie operacji np. w dwóch zamocowaniach ma miejsce wówczas, gdy między zamocowaniami nie przezbraja się stanowiska roboczego (obrabiarki) lub nie następuje zmiana stanowiska albo przedmiotu obrabianego. W przypadku wystąpienia jednego z tych elementów, mamy do czynienia z dwiema kolejnymi operacjami. Na rysunku 1-2 przedstawiono obróbkę wałka w jednej operacji i w dwóch zamocowaniach. Operacja ta dotyczy obróbki zgrubnej. Wałek jest ustalony w uchwycie

I. Proces technologiczny i jego

13

podział

3

Zamocowanie I

~'-' - -"---\V 124

Rys. 1-2. Obróbka

wałka

w jednej operacji i dwóch zamocowaniach; w kółkach podano numery zabiegów

OperocJo 2

Operacjo 3

l N U1

N

~

-~

&-

&

o

g

&

· -&

~

30

30

70

70

110

110

Rys. I-3. Obróbka wal.ka w dwóch kolejnych operacjach Operacjo 1 Pozycjo 1

Pozycjo 2

Pozycjo 3

Rys. l-4. Obróbka korpusu w jednej operacj i i trzech pozycjach

14

I. Wiadomości ogólne

samocentrującym 3-szczękowym.

Po obrobieniu jednej strony, pracownik - nie zmieani przedmiotu (ten sam przedmiot), ani obrabiarki - obraca wałek i obrabia drugą stronę. Na rysunku I-3 pokazano wałek, którego obróbka wymaga dwóch kolejnych operacji. W operacji 2 walek jest ustalony i zamocowany w uchwycie samocentrującym 3-szczękowym i podparty kłem obrotowym. W operacji tej jest przeprowadzona obróbka zgrubna. Do operacji 3 następuje zmiana stanowiska bądź też przezbrojenie stanowiska z operacji 2. Wałek jest ustalony w kłach i zastosowano zabierak. W operacji tej jest przeprowadzona obróbka kształtująca. Operacja może być przeprowadzona w jednej lub kilku pozycjach. Przez pozycję należy rozumieć określone położenie przedmiotu ustalonego i zamocowanego w uchwycie podziałowym lub na stole podziałowym (np. wiertarko-frezarki) względem narzę­ dzia, przy jednym zamocowaniu. Przykład operacji wykonanej w trzech pozycjach przedstawiono na rys. 1-4. Podstawowym składnikiem operacji jest zabieg. Jest to część operacji technologicznej realizowana za pomocą tych samych środków technologicznych i przy niezmienionych parametrach obróbki, zamocowaniu i pozycji. Zabieg jest wykorzystywany przy kalkulacji czasu obróbki. W zabiegu można wyróżnić przejścia, polegające na zdjęciu kolejnych warstw materiału , czyli zabieg może być wykonany w jednym lub kilku przejściach. Na rysunku I-5 przedstawiono toczenie wałka w trzech kolejnych zabiegach. Kolejność zabiegów została oznaczona w kółkach. W procesie technologicznym rozróżnia się jeszcze pojęcia: czynność i ruch elementarny. Każda operacja lub zabieg wymaga wykonania określonych czynności. W przypadku toczenia na tokarce zaliczyć do nich można: zamocowanie przedmi.otu, uruchomienie tokarki, dosunięcie noża, ustawienie na określoną średnicę, włączenie posuwu, odsunięcie noża, zatrzymanie tokarki, odmocowanie przedmiotu itd. niając

- - _„


- ~

&

50 100 15Q___ -

Rys. 1-5. Obróbka

wałka

w 117.ech kolejnych zabiegach

Każdą czynność można jeszcze podzielić na ruchy elementarne; np. wyłączenie posuwu składa się z dwóch ruchów elementarnych: uchwycenie dźwigni i jej przestawienie. Pojęcia czynności i ruchu elementarnego wykorzystuje się głównie w produkcji masowej do przeprowadzenia analizy czasowej. Proces technologicznych obróbki można przedstawić jako system, którego obiektami są: przedmiot obrabiany i poszczególne stanowiska technologiczne. Schemat uproszczonego modelu funkcjonalnego procesu technologicznego obróbki przedstawiono na rys. 1-6. Tak przedstawiony model dotyczy procesu technologicznego już opracowanego i może być wykorzystany do doboru warunków obróbki dla poszczególnych operacji.

I. Proces technologiczny i jego

15

podział

r--------ł~---4~-------, I

I

I I

I I

.. . ~@~S-'n.:...i•--':--'S".:..+„1

I

I _________________________ JI L

Rys. 1-6. Schemat uproszczonego modelu funkcjonalnego procesu obróbki 0,1• 0,1• ... , op. - stanowiska technologiczne. realizujące odpowiednie operacje, si' Sz•...• s._p s. - Stany przedmiotu po odpowiednicb operacjach. F, - funkcja celu, z, - zakłóce nia zewnętrzne, SP - stan początkowy przedmiotu obrabianego, Sk stan końcowy przedmiotu obrabianego. ramka oznacza granice; systemu

z

,---------------------· I

~

Fe

~

I I

I

I

I

Sm I

I

I

I I I I I I

I

I

I L ________________________

I

I

~

Rys. 1-7. Schemat uproszczonego modelu fu nkcjonalnego procesu technologicznego obróbki dla optymalizacji jego przebiegu Z0, 1, Z0,2, ••• , ZOr• - zbiory stanowisk technologicznych, S 1, S2 , S3, ••• , s._" s. - stany przedmiotu obrabianego po poszczególnych operacjach, F, - funkcja celu, 2 1 - zakłócenia zewnętrzne, P - początek sieci, K - koniec sieci

W warunkach warsztatowych liczba stanowisk technologicznych, jaką dysponuje technolog, jest z reguły znacznie większa od tej, jaka będzie wykorzystana w konkretnym procesie technologicznym, lecz jest ograniczona. Te ogrankzenia wynikają z wyposażenia zakładu oraz możliwości zakupu nowych stanowisk. Chcąc proces optymalizować, należy uwzględnić wszystkie możliwe stanowiska technologiczne, jakie mogą być brane pod uwagę w konkretnym procesie technologicznym. Schemat modelu procesu technologicznego obróbki w celu optymalizacji jego przebiegu przedstawiono na rys. I-7.

16

I.

Wiadomości

ogólne

, 2. RODZAJE OBROBKI Rodzaje obróbki i wielkości naddatków stanowią podstawowe zagadnienia, których jest niezbędna przy projektowaniu procesu technologicznego, a przede wszystkim operacji obróbkowej, która - jak wiadomo - stanowi podstawową część procesu technologicznego. Proces technologiczny obróbki skrawaniem określonej części charakteryzuje się stopniowym nadawaniem kształtu, dokładności wykonania i właściwości użytkowych. To stopniowe dochodzenie do gotowego kształtu, a zatem i Liczba rodzajów obróbki zależy przede wszystkim od wymagań narzuconych przez konstruktora, a dotyczących dokładno­ ści wymiarów i chropowatości poszczególnych powierzchni. Kształt i wymiary półfab­ rykatu (odlewu. odkuwki, pręta walcowanego itd.) różnią się nieraz znacznie od kształtu i wymiarów gotowej części. Te różnice są zdejmowane na drodze obróbki skrawaniem. Dokładnych powierzchni nie można otrzymać po obróbce jednego rodzaju, gdyż podczas zdejmowania głębokich warstw materiału powstają duże siły skrawania, które wywołują sprężyste, a częściowo nawet i plastyczne odkształcenia materiału. Powstają również odkształcenia w wyniku silnego nagrzewania się przedmiotu obrabianego. Te czynniki powodują właśnie konieczność podziału obróbki w procesie technologicznym na: zgrubną, kształtującą (półwykańczającą) i wykańczającą. W szczególnych przypadkach stosuje się jeszcze tzw. obróbkę bardzo dok.ładną, tam gdzie żądania dotyczące dokładności są wysokie, a chropowatość powierzchni określona parametrem Ra wynosi 0,16+0,01 µm. Wspomniany podział procesu obróbki wynika również z określonej niesztywności układu obrabiarka-uchwyt-przedmiot-narzędzie (o-u-p-n). W rezultacie znaczne błędy geometryczne półfabrykatu nie mogą być usunięte w jednym przejściu obróbkowym, lecz na zasadzie redukującego je kopiowania zmieniają się w kolejnych operacjach (zabiegach), przy zmniejszającym się posuwie i głębokości skrawania, do wartości dopuszczalnej warunkami dokładności dla danej powierzchni. Obróbkę zgrubną stosuje się w celu usunięcia zewnętrznych warstw materiału, a w przypadku półfabrykatu w postaci pręta walcowanego - w celu zapewnienia w przybliżeniu równomiernych naddatków na dalszą obróbkę. Dla uzyskania maksymalnej wydajności, obróbkę powinno się przeprowadzać przy dużej głębokości skrawania, stosunkowo dużym posuwie, co powoduje powstanie znacznych sił skrawania, wydzielanie się dużych ilości ciepła, często towarzyszą jej również drgania. Te czynniki są przyczyną tego, że jest ona mało dokładna. Średnia ekonomiczna dokładność, jaką uzyskuje się w wyniku obróbki zgrubnej, odpowiada tolerancji warsztatowej, czyli 14 klasie dokładności. Chropowatość powierzchni powinna mieścić się w granicach R 0 = 40+ 10 µm. Zwykle przyjmuje się R0 = 20 µm. Obróbka kształtująca (półwykańczająca), jak to wynika z nazwy, służy do kształ­ towania przedmiotu, tj. nadania mu kształtu zgodnego z rysunkiem. Nieduże naddatki pozostawia się tylko na tych powierzchniach, które będą podlegały jeszcze dalszej obróbce wykańczającej. Chropowatość powierzchni, jaką uzyskuje się w obróbce kształtującej wynosi Ra= 5+2,5 µm, dokładność zaś wykonania odpowiada 9+ 11 klasie znajomość

dokładności.

2. Rodzaje obróbki

17

Obróbkę wykańczającą można przeprowadzić tylko za pomocą niektórych sposobów obróbki. Najczęściej stosowanym sposobem jest szlifowanie, wytaczanie oraz dokładne frezowanie. W obróbce wykańczającej uzyskuje się chropowatość powierzchni R" = 0,63 µm, dokładność zaś wykonania odpowiada 5+8 klasie dokładności. W przypadku obróbki bardzo dokładnej wysokie dokładności wymiarowe, przy równoczesnym znacznym zmniejszeniu chropowatości powierzchni (R 0 =0,16+ +0,01 µm), można uzyskać przez: obróbki wiórowe, obróbki ścierne i plastyczne. Do podstawowych sposobów obróbek wiórowych należy zaliczyć: toczenie i wytaczanie bardzo dokładne ostrzem diamentowym, z regularnego azotku boru lub ostrzem z węglików spiekanych. Najczęściej stosuje się obróbki ścierne. Podstawowe sposoby tej obróbki to: bardzo dokładne sz lifowanie, dogładzanie oscylacyjne, gładzenie, docieranie. Z obróbek plastycznych najczęściej stosowane jest nagniatanie. Obróbka ta pozwala nie tylkp na uzyskanie małej chropowatości powierzchni. ale również na znaczne umocnienie warstwy wierzchniej. Zastosowanie obróbek wiórowych, ściernych i plastycznych oraz wybór sposobu obróbki zostanie szerzej omówiony w rozdziale poświęconym projektowaniu procesów technologicznych dla różnych części maszyn (rozdz. IX). Przeciętne zakresy dokładności i chropowatości powierzchni dla różnych sposobów obróbki przedstawiono w tabl. I-1, w której podano ekonomiczne dokładności i wartości chropowatości. Przez „ekonomiczne" należy rozumieć wyniki możliwe do osiągnięcia w normalnych warunkach produkcyjnych przez pracownika o odpowiednich kwalifikacjach. Otrzymanie dokładności wyższych jest także możliwe, ale może być połączone z powstaniem więk;zej liczby braków. Niższe dokładności będą powodowały straty. W zależności od wymagań postawionych przez konstruktora na rysunku wykonawczym określonej części, niektóre powierzchnie mogą być wykonane na gotowo po obróbce zgrubnej, niektóre po obróbce kształtującej, niektóre zaś wymagają przeprowadzenia obróbki wykańczającej lub nawet bardzo dokładnej. Obowiązuje zasada stosowania poszczególnych rodzajów obróbki w oddzielnych operacjach. Ma to tę zaletę, że można wtedy dobierać obrabiarki do poszczególnych rodzajów obróbki, jak również obsługujących je pracowników. Różnicowanie takie nie zawsze jest jednak możliwe. Są obrabiarki, jak np. tokarki sterowane numerycznie, centra obróbkowe, automaty tokarskie, obrabiarki zespołowe, na których przedmiot jest wykonywany z reguły na gotowo. Niemniej jednak i w takich przypadkach poszczególne zabiegi powinny być tak ułożone, ażeby najpierw mogła być wykonana obróbka zgrubna, potem kształtująca (półwykańczająca), a w końcowej fazie obróbka wykańczająca. Tak więc rodzaje obróbki wykonywane na tej samej obrabiarce różnią się tylko zabiegami, w których zmieniane są parametry skrawania i narzędzia. Istnieją również przedmioty, jak np. części klasy korpus, dla których w pierwszej lub w pierwszych operacjach planuje się przeprowadzenie obróbki zgrubnej, kształ­ tującej, a nawet wykańczającej, tylko jednej lub kilku powierzchni, ażeby otrzymać odpowiednią bazę (bazy) obróbkową do przeprowadzenia wszystkich kolejnych

opera~ J-:~\

A> .

18

I.

Tabl.ka 1-1.

Przeciętne

zakresy

Wiadomości

dokładności

i

ogólne

chropowatości

Rodzaj zgrubna

Toczenie i struganie

kształtująca wykańczająca

zgrubna Wytaczanie

kształtująca wykańczająca

zgrubna Rozwiercanie Frezowanie obwodowe

wykańczająca

zgrubna wykańczająca

zgrubna Frezowanie czołowe

kształtująca wykańcwjąca

zgrubna Szlifowanie

kształtująca wykańczająca

zgrubna Przeciąganie

wykańczająca

zgrubna Docieranie

kształtująca wykańczająca

zgrubna Polerowanie

wykańczająca

zgrubna Gładzenie

wykańczająca

zgrubna Dogładzanie

różnych

Klasy

Obróbka Sposób

dla

wykańczająca

rodzajów obróbki

dokładności

•• • • • • • ••• •••• •• • • • • • • • • •• • • • • • ••• • ••• • • 5

6

7

8

9

10

~~

~ ~· ..

~~

~

13

~

~~

~

~ ~h// ~~

~

12

~

~~

~~

Ił

~·~

~

R

~

~

14

2. R odzaje obróbki

19

20

!.

Wiadomości

ogólne

3. PROJEKTOWANIE OPERACJI OBRÓBKI W procesie technologicznym najistotniejszą rolę odgrywa operacja. Stąd właś­ ciwemu jej zaprojektowan1u należy poświęcić dużo uwagi. W operacji procesu technologicznego mogą wystąpić następujące obiekty (rys. 1-8): przedmiot Jub przedmioty obrabiane (PO) , narzędzia skrawające (NS). obrabiarka (OB), uchwyty narzędziowe (UN), przyrządy narzędziowe (PN), uchwyt przedmiotowy (UP), przyrząd przedmiotowy (PP), narzędzia i przyrządy kontrolno-pomiarowe (NK), płyn obróbkowy (CO) oraz obsługa stanowiska (RO). Należy mieć świadomość, że w konkretnej operacji nie muszą występować wszystkie obiekty uwidocznione w modelu. W każdej operacji procesu technologicznego obróbki skrawaniem występują trzy obiekty: przedmiot obrabiany, obrabiarka i narzędzie. Pozostałe obiekty i ich Liczba będzie zależna od rodzaju operacji i jej wielkości. Operacje procesu technologicznego mogą mieć różną koncentrację zabiegów. Fakt ten powoduje, że operacja procesu technologicznego ja.ko system jest bardzo niejednorodna zarówno pod względem rodza-

r-

S,_,_ _ -!~

f-\' _~{Felo~

_ _ _ - ·-

t

I

RO

_ - ·-

_ - ·-

____

1 I I

OB

I

L------------------------- -- -J Rys. l-8. Schemat modelu funkcjonalnego operacji procesu technologicznego liczby odpowiedniego wyposażenia technologicznego uczestniczącego w operacji, S,_ 1 - stan przedmiotu obrabianego przed operacją, S, - stan przedmiotu obrabianego po operacji, E1 - energia dostarczona do obiektów modelu, F, - funkcja celu, Z, - za.kłócenia z~wnęl.fZne, ~ oddziaływanie obiektów w trakcie realizacji operacji, - - ~ oddziaływania w pn.ypadku niewystępowania w operacji wszystkich obiektów, ramka oznacza granicę systemu nPP' nur nPo' 11"'5• nutr 11PN -

3. Projektowanie operacji obróbki

jów, jak i liczby występujących obiektów. Zmiany stanu przedmiotu podczas operacji wynikiem zmian dokonanych w poszczególnych zabiegach składających się na

21 są tę

operację.

Operację powinno się tak projektować, aby uzyskać najmniejszy czas jednostkowy. W procesie technologicznym może wystąpić koncentracja operacji lub ich zróżnico­ wanie. Koncentracja operacji ma miejsce wówczas, gdy w jednej operacji wystąpi duża liczba zabiegów, zostanie przeprowadzona obróbka kilku powierzchni, zostaną wykonane różne rodzaje obróbki (np. obróbka zgrubna i kształtująca). Rozróżnia się trzy odmiany koncentracji: technologiczną, mechaniczną, organizacyjną.

Koncentracja technologiczna polega na równoczesnej obróbce kilku powierzchni. ona przeprowadzona kilkoma narzędziarni zamocowanymi w specjalnym uchwycie narzędziowym, głowicy narzędziowej itp.; może to być obróbka różnych powierzchni z różnych suportów obrabiarki, mogą to być z kolei specjalne narzędzia (np. wiertła i rozwiertaki stopniowane, noże kształtowe). Koncentrację technologiczną umożliwiają nowoczesne obrabiarki: obrabiarki zespołowe, linie obróbkowe, centra produkcyjne, systemy produkcyjne itd. Wymaga ona zatem nowoczesnych obrabiarek bądź bogatego oprzyrządowania technologicznego. Koncentracja mechaniczna polega na zastąpieniu kilku zamocowań przedmiotu jednym zamocowaniem, ale z zastosowaniem kilku pozycji. Wykorzystać wówczas można głowice rewolwerowe tokarek lub wiertarek, magazyny narzędziowe centrów obróbkowych lub systemów produkcyjnych. Poprzez zastosowanie koncentracji mechanicznej uzyskuje się znaczne zmniejszenie czasów pomocniczych. Koncentracja organizacyjna jest stosowana w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Polega ona głównie na uproszczeniu prac związanych z organizacją produkcji, przy czym sam proces nie ulega zmianie. Przykładem może być obróbka przedmiotu na gotowa na jednym stanowisku, a więc przeprowadzenie obróbki zgrubnej, kształtującej, a niekiedy i wykańczającej. Może to być również obróbka w systemach produkcyjnych projektowanych dla o.kreślonej klasy przedmiotów. Zróżnicowanie operacji polega na podziale operacji złożonej na operacje proste jedno- lub co najwyżej kilkuzabiegowe. Efektem takiego postępowania jest znaczne zwiększenie liczby operacji. Ma to uzasadnienie w produkcji wielkoseryjnej i masowej. W wyniku takiego dzielenia uzyskuje się proces technologiczny prosty. Do wykonania poszczególnych operacji mogą być użyte obrabiarki prostej konstrukcji lub specjalne stanowiska technologiczne. Jak już podano, w operacji procesu technologicznego występują zawsze następujące obiekty: przedmiot obrabiany, obrabiarka oraz na.rzędzie. Przedmiot obrabiany. Przedmiot obrabiany stanowi bazę wyjściową do projektowania operacji. Jego kształt i przynależność do określonej klasy (por. rozdz. VIII) narzucają jednoznacznie sposób jego ustalenia i zamocowania. Wymagania dotyczące dokładności i chropowatości powierzchni mają decydujący wpływ na wybór obrabiarki, która musi zapewnić tę dokładność. Materiał przedmiotu obrabianego i jego stan po obróbce cieplnej pozwalają jednoznacznie na właściwy dobór parametrów skrawania i narzędzi. Może być

22

l.

Wiadomości

ogólne

Obrabiarka.

Projektując proces technologiczny operacji, technolog powio.ien dobrać aby zapewnić uzyskanie z jednej strony żądanych dokładności, z drugiej zaś najniższych kosztów wytwarzania. Decydujący wpływ na wybór obrabiarki ma przedmiot obrabiany, jego przynależność do określonej klasy części i wymiary gabarytowe oraz wielkość produkcji i jej powtarzalność. Obrabiarki ogólnie można podzielić na obrabiarki konwencjonalne i obrabiarki sterowane numerycznie. O br a b i ark i ko n we n c j o n al n e (starszego typu) są to obrabiarki sterowane ręcznie, krzywkowo, za pomocą kopiału. wymagające stałej obsługi pracownika. Stanowią one jeszcze ciągle duży procent parku maszynowego naszych zakładów, stąd w projektowaniu procesów technologicznych odgrywają stale dużą rolę. Do grupy tych obrabiarek zalicza się: I) obrabiarki uniwersalne przeznaczone przede wszystkim do produkcji jednostkowej, rzędu kilku do kilkunastu sztuk, ale przy bardzo silnie zróżnicowanym asortymencie produkcji; 2) obrabiarki produkcyjne, które charakteryzują się uproszczoną budową w stosunku do obrabiarek uniwersalnych, zwiększoną mocą i są wykorzystywane w produkcji seryjnej; 3) obrabiarki specjalizowane, dla których opracowanie procesu technol.ogicznego wymaga dobrej ich znajomości w celu wykorzystania wszystkich możl.iwości technologicznych. Obrabiarki te to między innymi: tokarki kopiarki, automaty tokarskie, tokarki karuzelowe, frezarki i strugarki wzdłużne, wiertarko-frezarki. O br a bi ark i s ter o w a n e n u mery c z n i e są nową generacją obrabiarek uniwersalnych jak i specjalistycznych. Charakteryzują się dużą mocą. sztywną budową, zapewniającą uzyskanie większych dokładności w stosunku do obrabiarek konwencjonalnych. Pozwalają na prowadzenie obróbki z dużymi prędkościami skrawania. Umożliwia to między innym.i całkowicie osłonięta przestrzeń robocza. Do specjalistycznych odmian tych obrabiarek zalicza się: l) centra obróbkowe, które należą do obrabiarek wielooperacyjnych, umożliwiają­ cych obróbkę w jednym zamocowanju wieloma różnymi narzędziami pobieranym.i z magazynów narzędzi, wprowadzonymi do pracy w kolejności ustalonej planem obróbki. Centra obróbkowe przeznaczone są do obróbki części klasy korpus i części

tak

obrabiarkę,

płaskich;

2) autonomiczna stacja obróbkowa - samodzielna jednostka wytwórcza, w skład której wchodzi obrabiarka sterowana numerycznie z wbudowanym robotem (robotami) oraz niezbędnymi urządzeniami magazynowymi, sterującymi itp. Są przeznaczone do obróbki części jednakowych lub technologicznie podobnych, w ustalonej produkcji seryjnej; 3) elastyczne systemy produkcyjne - zestaw wielu zautomatyzowanych stanowisk obróbkowych (obrabiarek CNC, centrów obróbkowych) uzupełnionych stanowiskami nieobróbkowymi (np. mycia części, kontroli jakości), połączonymi ze sobą zautomatyzowanymi urządzeniami transportującymi obrabiane przedmioty i narzędzia. Elastyczność systemu jest ograniczona do jednej i tej samej klasy części o określonym zakresie wymiarowym, dla której system został zaprojektowany. Złożoność elastycznych sys-

4. Dane

wejściowe

do projektowania procesu technologicznego

23

temów obróbkowych, ich bardzo wysoki koszt, ich zawodność zwłaszcza w zakresie sterowania sprawiły, że producenci nie' mogą znaleźć rynku zbytu na swoje wyroby. Dzisiaj można już mówić o zmierzchu elastycznych systemów obróbkowych. Obrabiarki zespołowe, linie obróbkowe, obrabiarki specjalne. Te obrabiarki i systemy obróbkowe znajdują zastosowanie w produkcji wielkoseryjnej i masowej. Są one projektowane specjalnie dla określonego przedmiotu lub grupy przedmiotów technologicznie podobnych. Narzędzie. Wybór narzędzia zależy przede wszystkim od zabiegu lub zabiegów, które mają być wykonane tym narzędziem. Dokonując wyboru narzędzi, technolog bierze pod uwagę szereg czynników, do których należy zaliczyć: - wielkość produkcji, która ma decydujący wpływ na to, czy narzędzie będzie nonnalne, czy specjalne. W produkcji jednostkowej, małoseryjnej i seryjnej powinno się stosować narzędzia normalne, produkowane przez wyspecjalizowane zaklady. Wyjąt­ kowo w tych przypadkach, w których nie można zastosować narzędzia nonnalnego, trzeba je zastąpić narzędziem specjalnym. W miarę. wzrostu produkcji liczba narzędzi specjalnych zwiększa się. W produkcji wielkoseryjnej i masowej koszt narzędzia specjalnego przypadający na obrobiony przedmiot jest minimalny, stąd narzędzia takie są opłacalne;

sposób obróbki, który okreś la jednoznacznie, czy wyboru dokonuje się spośród tokarskich, wiertarskich czy innych; - materiał obrabianego przedmiotu - najistotniejszy czynnik rzutujący na dobór narzędzi. Ma on decydujący wpływ na wybór materiału narzędziowego i jego gatunku, jak również na geometrię ostrza; - typ obrabiarki. Chodzi głównie o to, aby wykorzystać, w maksymalnym stopniu, możliwości eksploatacyjne obrabiarki; - rodzaj i dokładność obrób.ki; - kształty obrabianych powierzchni, np. w przypadku frezowania powierzchni płaskich ich kształt i wielkość decydują, czy wybór padnie na frez walcowo-czołowy, walcowy czy głowicę frezową. -

narzędzi

„ 4. DANE WEJSCIOWE DO PROJEKTOWANIA PROCESU TECHNOLOGICZNEGO Projektowanie procesów technologicznych jest podstawowym zadaniem, jakie mają spełnienia biura technologiczne. Dla wykonania tego zadania technolog musi dysponować odpowiednią bazą danych, do których naJeży zaliczyć: dokumentację konstrukcyjną, program produkcyjny oraz będące do dyspozycji środki produkcji. do

a. DOKUMENTACJA KONSTRUKCYJNA Skład dokumentacji konstrukcyjnej może być różny, w zależności od Lego, co ona przedstawia i na jaką produkcję została opracowana. Pełna dokumentacja konstrukcyjna zawiera następujące pozycje: rysunek ofertowy, schemat kinematyczny, rysunek ze-

24

r.

Wiadomości

ogólne

stawieniowy całości, rysunki zestawieniowe zespołów, podzespołów, rysunki wykonawcze poszczególnych części, warunki techniczne projektowanego urządzenia oraz opracowaną dla niego dokumentację techniczno-ruchową. Zapoznanie się z tymi pozycjami jest niezbędne przed przystąpieniem do opracowania procesów technologicznych dla poszczególnych części oraz procesu technologicznego montażu podzespołów, zespołów i całego urządzenia. Całość dokumentacji konstrukcyjnej powinna być przyjęta przez jednego technologa wytypowanego na kierującego pracą. Do jego podstawowego zadania należy dokładne przestudiowanie i przeanalizowanie wszystkich wymienionych wyżej pozycji dokumentacji konstrukcyjnej. On też - jako kierujący pracą - jest zobowiązany do udzielenia wszelkich wyjaśnień technologom, opracowującym procesy technologiczne poszczególnych części. W dobrze zorganizowanym biurze technologicznym powinna obowiązywać ustalona kolejność prac. Pierwszą czynnością, po zapoznaniu się z całością dokumentacji konstrukcyjnej, jest dokonanie podziału rysunków wykonawczych. Technolog kierujący pracą wyodrębnia te części, których warsztat nie może wykonać we własnym zakresie, lub których wykonanie byłoby nieekonomiczne. Mogą to być sprężyny, uszczelki, wypraski z tworzyw sztucznych. Do części, których produkcja będzie nieopłacalna należą na pewno wszystkie części normalne (śruby, nakrętki, kołki, łożyska itp.), gdyż występują one najczęściej w zróżnicowanym asortymencie, a przez to w bardzo małych seńach. W następnej kolejności lechnolog kierujący pracą wyodrębnia spośród rysunków wykonawczych te wszystkie części, które wymagają przygotowania lub też zamówienia półfabrykatów (odlewów, odkuwek), gdyż dla tych części trzeba przystąpić w pierwszej kolejnośd do opracowania konstrukcji matryc, kokW, form itp. Rysunki wykonawcze wszystkich części, oprócz części wydzielonych do zakupu lub wykonania ich w drodze kooperacji, technolog dzieli według tzw. podobieństwa technologicznego, w celu przydzielenia odpowiednich grup do opracowania procesów technologicznych poszczególnym technologom. Znaczenie podziału wg podobieństwa technologicznego zostanie omówione w rozdz. VIII.

b. PROGRAM PRODUKCJI Do opracowania procesu technologicznego technolog powinien znać program produkcji na poszczególne Iata. Program produkcji jest to liczba wyrobów przewidziana do produkcji w określonej jednostce czasu. Do charakterystyki programu produkcji przyjmuje się najczęściej l rok. Z reguły całkowity program produkcji dzieli się na serie produkcyjne i dla nich opracowuje się proces technologiczny. Wielkość serii jest czynnikiem mającym największy wpływ na opracowanie procesu. Rozróżnia się pięć rodzajów produkcji: produkcję jednostkową. małoseryjną, seryjną, wielkoseryjną i masową. Produkcja małoseryjna ma te same cechy co produkcja jednostkowa, wielkoseryj na zaś jest zbliżona do masowej. Ustalenie rodzaju produkcji zależy nie tylko od wielkości produkcji, ale również od jej charakteru. Inny będzie charakter dla przedmiotów lekkich, inny dla ciężkich i jeszcze inny dla średnich. Orientacyjną wielkość rodzajów produkcji podano w tabl. 1-2.

4. Dane

wejściowe

Tablica 1-2. Orientacyjna rodzajów

wielkość

Wielkość

produkcji rocznej w

zależności

od jej

produkcji rocznej jednego typowego wymiaru

Rodz.aj produkcji

Wyroby ciężkie

Jednostkowa Maloseryjna Seryjna Wielkoseryjna Masowa

25

do projektowania procesu technologicznego

do 5 5+100 100+300 300+1000 >1000

średnie

do IO 10+200 200+500 500+5000 >5000

lekkie do 50 100+500 500+5000 5000+50000 >50000

Produkcja jednostkowa charakteryzuje się wykonaniem pojedynczych przedmioniewielką ich liczbą. Są one w zasadzie wykonane tylko jednorazowo. Należy się starać opracować proces technologiczny, tak ażeby dany przedmiot obrobić jak najmniejszym kosztem, nie stosując ani narzędzi, ani oprzyrządo­ wania specjalnego, a tylko posługując się wyposażeniem (narzędziami i oprzyrządo­ waniem) uniwersalnym. Odbędzie się to wówczas kosztem znacznego :z.większenia czasu przygotowawczo-zakończeniowego, a nawet i pracy maszyn, ale będzie to na pewno znacznie bardziej opłacalne, aniżeli projektowanie i wykonywanie jakiegoś specjalnego uchwytu. W procesie technologicznym dla produkcji jednostkowej występują zawsze w dużym stopniu operacje ręczne, takie jak: gwintowanie, usuwanie zadziorów; operacje te będą miały wpływ na czas trwania obróbki. Produkcja seryjna charakteryzuje się seriami zawierającymi określoną liczbę wyrobów, przy czym są to serie powtarzalne. Proces technologiczny dla produkcji seryjnej będzie już zupełnie odmienny. Wystąpi w nim w większym lub mniejszym stopniu oprzyrządowanie specjalne, które w zależności od wiel.k.ości serii będzie bardziej lub mniej złożone, liczba operacji znacznie się zwiększy. Obok obrabiarek uniwersalnych znajdą zastosowanie obrabiarki specjalizowane. Zastosowanie obróbki ręcznej będzie małe. Produkcja masowa charakteryzuje się dużą liczbą produkowanych wyrobów przez dłuższy okres w sposób ciągły. W produkcji masowej każda operacja jest związana z określonym stanowiskiem. Występują tu przede wszystkim obrabiarki i urządzenia technologiczne specjalne. na których wykonuje się nieraz tylko takie operacje, które dotychczas były zabiegami; niekiedy kilka dotychczasowych operacji zostanie wykonanych jako jedna, przy zastosowaniu np. specjalnej obrabiarki ze-

tów lub bardzo

społowej. Wpływ

rodzajów produkcji na proces technologiczny najlepiej zilustruje przyOto jedna część: puszka odgałęźna (rys. l-9), dla której proces technologiczny został opracowany w trzech wariantach: dla produkcji małoseryjnej, seryjnej i masowej. Półfabrykat - odlew piaskowy (rys. 1-10) pozostanie stały, niezależnie od wielkości produkcji, gdyż większość powierzchni jest nieobrobiona i nie ma potrzeby zwiększenia ich dokładności. kład.

26

l.

Wiac.lomości

Rys. 1-9. Puszka

ogólne

odgałęźna

9810,5

45 Rys. 1- 10.

~ Półfabrykat

-

odlew dla przedmiotu z rys. 1-9

Dla poszczególnych rodzajów produkcji procesy technologiczne

przedstawiają się

następująco:

Proces technologicwy dla Operacja J. Trasowanie 1-11). Operacja 2. Frezowanie trasy. Mocowanie przedmiotu

produkcji mało se ryjnej: stanowisko traserskie. Trasować frezarka pionowa. Frezować w imadle maszynowym.

puszkę

wg szkicu (rys.

powierzchnię

podstawy wg

4. Dane

wejściowe

27

do projektowania pro<:esu technologicznego

GO O>

Rys. I-J I. Szkic do operacji I

z.abieg (j) -

Rys. I- 12. Szkic do operacji 3 wiercenie, z.abieg ® - powiercanie, z.abieg @ towanie

gwin-

Operacja 3. Wiercenie i gwintowanie - wiertarka słupowa. Wiercić i gwintować cztery otwory główne wg trasy (rys. 1-12). Przedmiot mocować w imadle maszynowym. Operację wykonać w czterech zamocowaniach. Operacja 4. Wiercenie - wiertarka stołowa. Wiercić otwory małe wg trasy. Operacja 5. Gwintowanie - stanowisko ślusarskie . Gwintować otwory małe. Operacja 6. Kontrola jakości.

Proces technologiczny dla prod u kc j i seryjnej: Operacja J. Frezowanie - frezarka pionowa. Frezować powierzchnię podstawy na wymiar 43. Przedmiot wymieniać w trakcie obróbki ciągłej w uchwycie frezarskim mocowanym na stole obrotowym z napędem własnym (rys. l-13). Operacja 2. Usunięcie zadziorów - stanowisko ślusarskie. Usunąć zadziory po frezowani u.

28

I.

Wiadomości

ogólne

frezarska

I I

I

-·- - - -+--! I

/

Stanowiska mOCOWQnia 1 odmocawonio

Rys. 1-13. Szkic do operacji I

tokarka rewolwerowa. Wiercić, powiercać otwory główne. Przedmiot mocować w uchwycie podziałowym - czteropozycyj nym (rys. I-14). Operacja 4. Wiercenie - wiertarka kadłubowa. Wiercić otwory małe. Przedmiot mocować w uchwycie wiertarskim. Operację wykonać w jednym zabiegu przy użyciu głowicy wiertarskiej siedmiowrzecionowcj. Operacja 5. Gwintowanie - gwinciarka. Gwintować otwory małe. Przedmiot mocować w uchwycie. Gwintowanie wykonać w jednym zabiegu przy użyciu głowicy gwinciarskiej pięciowrzecionowej. Operacja 6. Kontrola jakości.

Operacja 3. Wiercenie i gwintowanie -

i

gwintować

zabieg

Rys. 1- 14. Szkic do operacji 3 wiercenie, zabieg ® - powiercanie, zabieg ® - gwintowanie (i) -

4. Dane

wejściowe

do projeltowania procesu technologicznego

29

Proces technologiczny dla produkcji mas owej: szlifierka do płaszczyzn ze stołem elektromagnetycznym. Szlifować powierzchnię podstawy na wymiar 43. Do szlifowania układać tak przedmioty, ażeby wypełniły całą powierzchnię stołu. Operacja 2. Wiercenie i gwintowanie - obrabiarka zespołowa specjalna (rys. 1-15). Wiercić i gwintować wszyslkle otwory. Operacja 3. Kontrola jakości.

Operacja I. Szlifowanie -

W1dok„A"

-2100 Widok „B"

WioI powietrza

e

Rys. 1- 15. Obrabiarka

ze~połowa

do operacji 2

30

I.

Wiadomości

ogólne

Analiza opisanych trzech procesów pozwala stwierdzić, że proces pierwszy - dla produkcji małoseryjnej - jest procesem o dość dużej pracochłonności (ręczne trasowanie, gwintowanie), lecz bez zastosowania jakichkolwiek pomocy specjalnych. Odpada więc konieczność ich projektowania i wykonania, dlatego można produkcję taką przekazać bezpośrednio na warsztat. W procesie drugim - dla produkcji seryjnej - do każdej operacji zastosowano uchwyt specjalny, jak również głowice wielowrzecionowe do równoczesnej pracy kilkoma narzędziami. Pracochłonność tego procesu ulega znacznemu zmniejszeniu, ale zostaje wydłużony czas przygotowania produkcji, związany z projektowaniem i wykonaniem wszystkich pomocy specjalnych. W procesie trzecim - dla produkcji masowej - nastąpiła znaczna koncentracja operacji dzięki zastosowaniu do operacji l szlifierki do płaszczyzn, a do operacji 2 - obrabiarki specjalnej, tzw. zespołowej (rys. I-15). W obrabiarce tej przedmioty mocuje się na bębnie obrotowo-podziałowym sześciopozycyjnym. Otwory główne są obrabiane z obydwóch stron (wiercenie, powiercanie i gwintowanie) przy zastosowaniu jednostek wiertarsko-gwinciarskicb i głowic wielonarzędziowych. Otwory małe są wiercone od czoła (widok „A '') przy użyciu jednostki wiertarskiej z głowicą siedmiowrzecionową i gwintowane za pomocą jednostki gwinciarskiej z głowicą gwinciarską pięciowrzecionową. Dzięki takiemu rozwiązaniu pracochłonność jest minimalna, jednakże należy się liczyć z długim okresem przygotowania produkcji. Dotyczy to zwłaszcza przygotowania obrabiarki zespołowej do operacji 2, która wprawdzie jest budowana z zespołów znormalizowanych, jednakże ma również wiele zespołów specjalnych, wymagających opracowania dokumentacji konstrukcyjnej i ich wykonania. Dzisiaj coraz częściej odstępuje się od tradycyjnej kolejności projektowania, polegającej na opracowaniu dokumentacji konstrukcyjnej, następnie dokumentacji technologicznej i dopiero na jej podstawie zaprojektowaniu niezbędnych do uruchomienja produkcji pomocy warsztatowych. Chodzi głównie o czas wykonania prototypu, przygotowania produkcji seryjnej, o jak najszybsze wejście na rynek z nowym produktem dostosowanym do życzeń klienta, o zmniejszenie kosztu wyrobu. Te cele całkowicie lub częściowo można osiągnąć przez następujące systemy: Just in time - produkcja na konkretne zamówienie. Dzięki niej można osiągnąć znaczne obniżenie kosztów. Nie produkuje się wyrobów do magazynu, tylko wykorzystuje możliwości jakie dają obrabiarki sterowane numerycznie i uruchamia się produkcję wówczas, gdy występuje taka potrzeba. Dla takiej nowo uruchomionej serii można wprowadzić pewne zmiany, przez co wyrób może stać się bardziej nowoczesny i znaleić większe uznanie klienta. Concurrent engirieering - projektowanie współbieżne wyrobów. Duża konkurencyjność na rynku, szybkie reagowanie na jego potrzeby, nie pozwalają na to, aby proces przygotowania produkcji trwał zbyt długo. Stąd zrodziła się myśl tzw. projektowania współbieżnego, aby skrócić czas projektowania wyrobu, opracowania technologii, projektowania pomocy warsztatowych. Te wszystkie fazy przygotowania produkcji nie są realizowane w kolejności, ale (tam, gdzie to tylko jest możliwe) równolegle z bieżącym przekazywaniem informacji o uzyskanych wynikach.

5. Dokumentacja technologicz.na.

31

Rapid prototyping. Jest to zupełnie nowy system pozwalający na bezpośrednie wytwarzanie narzędzi i form, i tym samym na znaczne skrócenie czasu wykonania prototypu. Uzyskuje się to przez warstwowe nakładanie materiału występującego w postaci proszków, drutu lub folii, i działanie na nie lasera C0 2 . Materialami, które w ten sposób mogą być kształtowane są wszystkiego typu polimery, wosk, nylon i niektóre metale nieżelazne. Konstrukcyjne rozwiązanie np. formy uzyskuje się wprost z komputera w systemie 3D-CAD.

c. ŚRODKI PRODUKCJI Środki produkcji są trzecim czynnikiem stanowiącym dane wejściowe do projektowania procesów technologicznych. Opracowując proces technologiczny. trzeba brać pod uwagę to, czy planowany wyrób ma być produkowany na istniejących w zakładzie obrabiarkach i urządzeniach, czy też do określonej produkcji mają być zainstalowane obrabiarki nowe. W pierwszym przypadku projektowany proces technologiczny musi być dostosowany do konkretnych możliwości zakładu. Proces zaprojektowany w oderwaniu od zakładu może być z punktu widzenia teoretycznego poprawny, ale zupełnie nieprzydatny na warsztacie. Zadanie technologa w takim przypadku jest utrudnione, musi on nagiąć proces do istniejących warunków. Znacznie łatwiejsze zadanie ma do spełnienia technolog, który do realizacji okreś­ lonej operacji dobiera taką obrabiarkę, jaką uważa za najbardziej odpowiednią do danych warunków produkcyjnych. W doborze tym powinien się kierować zasadą wyprodukowania określonego wyrobu przy najniższych kosztach.

5. DOKUiVIENTACJA TECHNOLOGICZNA Poprawnie opracowana dokumentacja technologiczna powinna zawierać wszystkie dane niezbędne do zapewnienia prawidłowego przebiegu poszczególnych operacji, zgodnie z przyjętym procesem technologicznym. Zakres dokumentacji i szczegółowość jej opracowania trzeba zmieniać w zależności od charakteru wyrobu, kwalifikacji załogi i przede wszystkim od wielkości produkcji. W warunkach produkcji wielkoseryjnej musi być ona bardzo szczegółowa, natomiast dla małej serii może być odpowiednio uproszczona. W skład dokumentacji technologicznej może wejść wiele pozycji. Do najważniej­ szych z nieb należą: karta technologiczna i instrukcja obróbki. Ka r tę te c h n o I ogi cz n ą sporządza się dla konkretnego wyrobu. Stanowi ona spis operacji uzupełniony wyszczególnieniem stanowiska roboczego dla każdej z nich oraz pomocy specjalnych; podane są w niej czas przygotowawczo-zakończeniowy, czas jednostkowy oraz łączny czas wykonania operacji dla serii danej wielkości. Kartę technologiczną opracowuje się każdorazowo, niezależnie od wielkości serii i niezależnie od innych wan1nków. Może ona być sporządzona mniej lub bardziej wyczerpująco, w zależności od tego, czy są opracowywane jeszcze dalsze elementy dokumentacji technologicznej, czy też nie.

(Za-

Nazwa części Kolo zębate pośrednie z = 28m = 2a = 200

Wyrób

TC-40

kład)

Gatunek i stan materiału 35 HNA Indeks materiałowy 3.10.63.275

Nr oper. Oznaczenie 5

Wydzial

FZ-1 M411.03

JO

PR-2

226

Ml/4.03

PR-2

220

Ml14.03

25

PR-2

227

M//4.03

30

PR-2 M561,0I

35

PR-2

010

Stan .flus.

40

PR-2 M616.0J

45

PR-2

248

M771.02

50

PR-2

55

PR-2

010

Stan.

lp,

Dodatek

,

3

0,09

70,85

na wym. 11,5 042 na glębokofć I 5. rouoczyć MRT 173 otwór 035.5+ 0 · ' pod rozwierrak i .friąć krawędzie MSRa-35, 7 Hl 0,5/45°, rozwiercić otwór 035.7 H7 wg rysunku

5

0,50

Toczyć

6

Instr. HT-23 / 3

roztoczyć pogłębienie

Instr. Nr 25

1.00

Instr. Nr 30

4

w otworze

ofll'ór 036H7

4 MSB11-36H7

6

Instr. Nr 45

6

od s1ro11y

na

cwłach

wewnętr-<11ej

Instr. Nr 50

6

piasty

~yko1fczyć zęby koła

4

ś/11s.

PR-3 M837,2

Cechowcll' między wieńcami NU-35 TRZNl.81, "~liter 5 11u11 GR-171

Data

Norm.

Dala.

Sprawdz.

4

Rys. 1-16. Wypelniona karta cechnologiczna dla produkcji

małoseryjnej

34,10 33,85

0.50 0,015

Data Zatw.

112.43

0,25 0,28

60

26.90

0,50 0.28

Instr. Nr 55

17.05

0,83 0.93

Z,aokrqglić zęby

12.66

0.50 0,22

na gorowo

144.75

0.25 0,14

Zabielić czoło

120.50

0,66

O.JO

Stępić ostre krawęd<.ie w otworze na wymiar 0,5/45°

7,45

0,75 1.20

wielowypust

2,09

1.25

0.06

profil kola

T 120

0,58

042 Oprac.

Kateg. roboty

3

Dłutować ;;ęby

ś/us.

Material kg/z.lecenie, partie 630.0

0.25

Szlifować

252

Sztuk na zlecenie partię 300

6 i 3

Przeciągnąć

326

173.031 /56

4

Toczyć czoło

20

Stan

otwór 061,5. ściąć krawędzie otwom 2/45°. ZL11oczyć 051 na długość 11,5, podciąć rowki 5x051 i 6x045, stępić ostre krawędzie i odciąć na wymiar 74,5 wg rys1111ku toczyć

Hartować i odpuszczać 34+36 HRC

Nr zlecenia

0.20

Toczyć czoło, wiercić

OT

010

Ciąć pręt 065 na odcinki 80x 12+40 = 1000 mrn - IO szt.

034,

154

Data

Oprzyrządowanie

Opis operacji

Stanowisko

203

15

Symbol. Nr rysunku Nr poz. TR27-2.81 4A2731 Sztuk/ kg/I szt. Postać i wymiary półfabrynetto /wyrób katu w mm 2 1.27 Pręt 065x80 w odcinkach długości 1000 mm Norma mater. Kg/l szt 2.10

2,10

33

5. Dokumentacja technologiczna Tablica I-3. Symbole

Lp.

oznaczeń

liczbowych i umownych dla stanowisk roboczych Symboi

Stanowiska

FREZARKI

Oznaczenie

Lp.

Stanowiska

PN

Symboi

M

23

Hartownia

HT

KJ

Oznaczenie

PN

J

Frezarka bramowa

FP

321,04

24

Konrrola

2

Frezarka do gwintów

FG

741

25

Kuźnia

K

3

Frezarka do gwintów krótkich

26

Wygładzarka

o

FOK

742

27

Piaskownica

OP

4

Frezarka do rowków

FR

361

28

Piła

OT

410

5

Frezarka do wielowyp.

FW

741,02

29

Pila ramowa

OH

440

6

Frezarka pionowa

FV

314

30

Prasa

7

Frezarka pozioma

FH

312

31

Przeciągarka

pionowa

PV

562.0l

8

Frezarka uniwersalna

FU

313

32

Przeciągarka

pozioma

PH

561.05

9

Frezarka kopiarka

FK

350

33

Spawanie elektryczne

ŁE

34

Spawanie gaz.owe

ŁG

35

Ślusarnia

R

36

Trasem ia

RT

37

Wyważarka

OBRABIARKI DO KÓŁ

M

ZĘBATYCH

JO

zęba-

Dlutownica do kól tych stożkowych

DZs

775,04

Il

Dłutownica Fełlowsa

DZF

12

Dłutownica

DZM

13

Docierarka do kół tych walcowych

zęba-

PZw

793.09

14

Docierarka do k6t zebatych stożkowych

PZs

793,04

15

Dogniatarka

UZ

792

16

Frezarka obwiedniowa z wrzecionem pionowym

FZV

761

17

Frezarka obwiedniowa z wrzecionem poziomym

PZH

762

18

Frezarka do

FZs

768

ł9

Szlifierka do kół zębatych walcowych

SZw

20

Wiórkarka do kół tych walcowych

WZw

Maaga

kół stoż.

zęba-

STANOWISKA RÓŻNE

772

tarczowa

635

p

B

STRUGARKI

M

38

Dłutownica

DY

541

39

Strugarka poprzeczna

DH

532

40

Strugarka wzcHu:tna

DS

510

SZLIFIERKI 41

Szlifierka

42

bezkłowa

M SB

615

Szlifierka do otworów

SO

616,0J

43

Szlifierka planetarna

SP

616,04

44

Szlifierka do płaszczyzn z wrzecionem pionowym

SV

622.01

782

45

Szlifierka do płaszczyzn z wrzecionem poziomym

SH

621,01

791

46

Szlifierka do płaszczyzn ze stołem obrotowym

SHR

621.03

M

47

Szlifierka do

s

611

wałków

21

Docierarka

D

637

48

Szlifierka do. wielowyp.

22

Gwinciarka

G

730

49

Szlifierka

narzędziowa

SW

SN

651

34

l.

Wiadomości

ogólne

uiblica I-3 cd.

Lp.

50

Stanowiska Szlifierka do poprawiania

Symbol SC

Oznaczenie

Lp.

PN 681.01

nakiełków

Symboi

TK

162

63

Tokarka do rowków smarowych

TO

169,03

Automat

TA

145

64

52

Półautomat

TP

14.1

65

53

Przecinarka

T

161

54

Rewolwerówka

TR

135

55

Tokarka czołowa

TC

121

56

Tok.arka karuzelowa

TV

125

57

Tokarka uniwersalna

TU

114,03

58

Tokarka

wykańczarka

TO

163

59

Tokarka

wielonożowa

TW

131

71

Wiertarko-frezarka

171 ,03

72

Wytaczarka pionowa

73

Wytaczarka pozioma

WH

61

Tokarka zataczarka Tokarka sworzniówka

TZ TS

PN

Tokarka kopiarka

51

60

Oznaczenie

62

M

TOKARKJ

Stanowiska

WIERTARKI

M

66

Nakiełczarka

WC

234

67

Wiertarka kadłubowa

WK

212,07

68

Wiertarka promieniowa

WP

214

69

Wiertarka

212,01

70

Wiertarka wielowrzecionowa

w ww WF

281

WY

261.04

słupowa

217

Do produkcji jednostkowej i małoseryjnej karta technologiczna będzie najczęściej dokumentacji technologicznej i dlatego poszczególne operacje powinny być opisane szerzej, z wyszczególnieniem pomocy uniwersalnych lub specjalnych (rys. I-16). W takich przypadkach na stanowisko pracy należy dostarczyć oprócz karty technologicznej również rysunek warsztatowy. Górne wiersze karty technologicznej są informacyjne i wypełnienie ich nie nastręcza żadnych trudności. Omówienia wymagają tylko niektóre z kolumn pionowych. W kolumnie pierwszej podaje się numer operacji i oznaczenia. Numeracja operacji może być różna. Stosuje się system numeracji pojedynczy, piątkowy lub dziesiętny. Główną zaletą stosowania systemu piątkowego lub dziesiętnego jest możliwość łatwego wprowadzenia do procesu pewnych zmian lub uzupełnień operacji, bez zmiany zapisu całego procesu. W kolumnie drugiej wpisuje się dla danej operacji wydział i stanowisko. Proces technologiczny prowadzi się bowiem od początku do końca, bez względu na to, w jakim oddziale rozpatrywany element będzie poddawany obróbce. Nie wlicza się tylko operacji wchodzących w zakres wykonania półfabrykatu, które stanowią oddzielny proces. Tak więc w danym procesie wydział może się zmieniać i może nim być wydział obróbki mechanicznej, wydział obróbki cieplnej, wydział obróbki plastycznej itp. Stanowisko robocze może mieć oznaczenia liczbowe, zgodnie z zaleceniami PN, lub też oznaczenfa umowne (tabl. I-3). Te ostatnie są częściej stosowane w zakładach, jako bardziej zrozumiałe i wygodniejsze pod względem mnemotechnicznym. stanowiła całość

35

5. Dokumentacja technologiczna

Nazwa

Ark./L. ark.

KARTA

zakładu

TECHNOLOGICZNA

Nr rys. 6240

Nazwa

Nr zlecenia

części

Nr cz. 3 Pólfabrykat Pręt

15 Treść

Stanowisko

l

Ciqć

2

operacji

materia{

Pomoce

OT

instr. Nr 1

Toczyć

TU

instr. Nr 2

3

Toczyć

TU

instr. Nr 3

4

Toczyć

TU

instr. Nr 4

5

Nawęglać

HT

instr. Nr 5

6

Z.djąć warstwę nawęgloną

HT

instr. Nr 6

7

Hartować

TU

instr. Nr 7

8

Szlifować

s

instr. Nr 8

9

Szlifować

s

instr. Nr 9

JO

Odcięcie

TU

instr. Nr IO

Jl

Szlifowanie powierzchni

SO

instr. Nr 11

12

Kontrola jako.ki

KT

instr. Nr 12

naddatk" czołowej

-~

Pólfabrykal dostarczyć do

Kat. pracy

Czas min. przyg. jednost.

Koszt jednost. zł

Do przeniesienia Suma:

Bylo >. c;

Sztuk w serii 5000

Masa kg

walcowany Iii 24

Nr

Operacji

Szruk na komplet J

Masa kg

Z.apadka

Materiał

Symbol

Planował:

Zmieniono

data

N

podpis

Kalkulowal: data

podpi.s

Data i podpis Rys. T-J7.

Wypełniona

karta technologiczna dla produkcji wielkoseryjnej

Zatwierdził:

data

podpis

36

l.

Wiadomości

2.

I. Nr KT

ogólne

3.

6. Symbol przedmiotu

14. KIOS

Zakład

8. Nazwa przedmiotu

17. Nr rysunku W-00-01

IO. Nroper. 11. Symb. sian.

12. Stt. obt.

5. Nr dok.

19. Str./stron

Wał

13. Chłodziwo

emulsja

14. Uchwyty i pn~dy uclrwyt tokarski PUfm-250 uchwyt do nawiertaka

15. Dokumenty umpcłniaj11.ce

16. Treść operacji Toczyć zgrubnie i naldełkować I stronę

17. Nr z.ab. 18. i 1

2

19.g

20.p

21. V

2,5

0,3

211

22.n

23.

24.

25.

26.

27.

1120

28. Treść zabiegu Toczyć czo/o zachowując wymiar 225,5

29. Narzędzia skrawające nóż tokarski MWLNR-WNMG

08PR-GC4025

2

0.1

1

Nolde/kowoć

30. Narz~dzia pomiarowe suwmiarka MADb250

1120

B3 na głębo/
nawiertak NMRd3 3

1

1.5

0,3

Toczyć zgrubnie 4157 no długości nóż tokarski MWLRN-WNMG

4

2

2,75

200

1120

143,8

08PR-GC4025 0.3

Toczyć zgrubnie i& 46 no długości

162

suwmiarka MADb250 1120

77,2

nót tokarski MWLNR-WNMG 08PR-GC4025 5

2

Toczyć zgrubnie

3,25

0,3

116

1120

tJ 33 no długości 44,2

nót !~karski MWLRN-WNMG 08PR-GC4025

31. Opracował

suwmiarka MADb250

132. Sprawdził

suwmiarka MADb250

133. Zatwierdził

KARTA INSTRUKCYJNA OBRÓBKI SKRAWANIEM Rys. 1-18. Instrukcja obróbki wg PN

143. WWI. dok. od

37

5. Dokumentacja technologiczna 3.

Zakład

5. Nr dok.

4. KIOS

35. Szkic operacyjny

9. Str./stron

-

-

-

-

I'lfl $

1438

2255

31 .

Opracował

32.

Sprawdził

33.

Zatwierdził

43. Wa:tn. dok. od

KARTA INSTRUKCYJNA OBRÓBKI SKRAWANIEM - SZKIC OPERACYJNY

Rys. 1-18 cd.

r.

38

Wiadomości

ogólne

Tablica l-4. Symbole oznaczeń ustalenia i zamocowania wg PN-83/M-01152 Objaśnienia

Oznaczenie

-

Przykłady

Powierzchnie obrabiane oznacza się linią 2-krotnie grubszą od linii konturowych

Rodzaj

napędu

mechanizmów

mocujących

p H E

pneumatyczny hydrauliczny elektryczny bez oznaczenia -

Uchwyty

~

~ ~

n-

lub inny

szczękowe

liczba

szczęk

@- liczba

szczęk przetoczonych lub przeszlifowanych

y - rodzaj

napędu

mechanizmu

mocującego

Uchwyt z elementami

ustalające

mocującymi (rozpręż.ny, sprężysty,

+

rozsuwany): a) znak na powierzchni zewnętrznej przedmiotu - tuleja zaciskowa; b) znak na powierzchni wewnętrznej (w otworze) trzpień rozpręż.ny

Rodz.aj

napędu

mechanizmu mocu-

jącego. Trzpień stały, kołek pełny,

V-

+

E}B

-D -

ręczny

tuleja stała: a) znak na powierzchni zewnętrznej - tuleja stała; b) znak na powierzchni wewnęuwej (w otworze) - trzpień sta~Y lub kolek pełny

Uchwyt magnetyczny

zastosowania

~

-9

~ ~

-s s 9

•

mocowanie w uchwycie pneumatycznym dwiema szczękami zewnętrznymi

mocowanie kluczem ręcznym w uchwycie rrzyszczękowym, szczękami przetoczonymi lub przeszlifowanymi mocowanie w uchwycie hydraulicznym tr.cyszczękowym, szczękami

wewnętrznymi

przetoczonymi lub przeszlifowanymi na powierLchni w tulei zaciskowej kluczem lub dfwignią rę-

mocowanie

zewnętrznej

czną

zewnętrzne

mocowanie pneumatyczne w tulei zaciskowej

pneumatyczne zaciskanie na trzpieniu rozprężn ym

zamocowanie na trzpieniu statokarskim, szlifierskim lub specjalnym łym

zamocowanie magnetyczne na stole szlifierki

39

S. Dokumentacja techno!ogicwa

tablica f-4 cd. Oznaczenie

Objaśnienia

<

!Ge\ stały: a) zewnętrzny - ostrze do przedmiotu; b) wewnętrzny ostrze od przedmiotu

~

-

Przykłady

Kieł


samonastawny: a) zewnętrzny ostrze do przedmiotu; b) wewnęcrzny - ostrze od przedmiotu

!Gel obrotowy: a) zewnętrzny ostrze do przedmiotu; b) wewnęcrzny - ostrze od przedmiotu

1

G

zastosowania

zamocowanie w kiach zabierak stały

stałych,

-....r-~

.,/

,_ ._ --·~

~

zamocowanie w kłach ; samonastawnym i obrotowym, zabierak czołowy

~

l

Zabierak stały (tokarski, szlifierski prosty, hakowy, ramkowy)

\MAI

Zabierak samozaciskający, zabierak czołowy: a) znak na powierzchni walcowej - zabierak zaciskający, b) znak na powierzchni czolowej - zabierak czołowy Podpora

stała

'-----

-)

--

1-- .--~

k

..__

zamocowanie kłami: stałym i obrotowym, z zabierakiem samozaciskającym szczękowym

-

(opór, luneta, okular,

kołek ścięty):

A

widok z boku, z przodu, z

8

widok z góry

o

widok z

tyłu

~

I

K

oznaczenie i oporu

podpory

stałej

dołu

Podpora ruchoma (podtrzymka, ruchoma):

A

widok z boku, z przodu. z

-0-0-

widok z góry

tyłu

widok z dołu

~-

zamocowanie ręczne w uchwycie trzyszczękowym, szczęk.i zewnętrzne przetoczone lub przeszlifowane, kieł zewnętrzny stały , podtrzymka ruchoma

-- -- - -------- ~

oznaczenie podpory pryzmowej regulowanej, oporu i podpory pryzmowej stałej

Podpora wahliwa:

~

widok z boku, z przodu, z

-<>

widok z góry

-Q-

1cp

9

widok z

tyłu

~f-P ~-6.

dołu

Podpora regulowana: widok z boku, z przodu, z widok z góry widok z

dołu

tyłu

fr .L.::::,._

~ '""""°"""' doci
..L:;;,._

stałe,

11

dwa opory i podpora samonastawna

40

I.

Wiadomości

ogólne

tablica I-4 cd. Objaśnienia

Oznaczenie

Przyklady zastosowania

Podpora samonastawna: widok z boku, z przodu, z

tyłu

widok z góry

widok z

dołu

Podpora podwójna

sprzężona:

~

widok z boku, z przodu, z

0T0

widok z góry widok z

8 EB 8

tyłu

zamocowanie ręczne na podporze podwójnej sprzężonej o pryzmatycznej powierzchni roboczej dwoma dociskami pojedynczymi, jeden opór

dołu

Docisk pojedynczy: widok z boku, z przodu, z

tyłu

widok z góry widok z

dołu

Docisk wahliwy: widok z boku, z przodu, z

tyłu

zamocowanie ręcwe w pnyrządzie na stole wiertarki, docisk z góry, trzy podpory stałe o płaskich powierzchniach roboczych, trq>ień stały

widok z góry

„

CD CD

0-0

widok z

dołu

Docisk podwójny: widok z boku, z przodu, z

tyłu

widok z góry widok z

dołu

Ksztalt powierzchni roboczych podpór i docisków: płaski

o

kulisty walcowy pryzmowy

V

sto:tkowy

/V\

rowkowany. gwintowany. wielowypustowy

zamocowanie ręczne w przyrządzie frezarskirn dociskiem sprzę­ żonym, dwie podpory stale i jedna wahliwa, 1n.y opory

INSTRUKCJA Nr 2

Nazwa mkladu

Arkusz

Llczbu arku$zy

Symbol

Nr rysunku

Pozycja

Nazwa

Mas

07.05

04

Korpus

cześc1

Sztuk ou komplet

Materiał

Z1M 28

tłoko

Operacja OPIS OPERACJI Nawiercić

2. 1. 4. 5.

6. \Viercić ~ 8,5 i toczyć zgmbnie 0 6-1 7. Toczyć zgrubnie 0 38_,,,, x 13 8. Pogłębić 0 32 X 2 9. JO. Toczyć czoło no wymiar 65

ZAlamać krawędi

0.5-45 i wciąć kanał nu c:.ole ~ 61 Ttx:zyć czoło kołnierza na wymiar 14 Wcinać "Ybieg gwintu na 0 36, załamać krawędt I /-15 Toczyć wykańcwjąco 0 63_,,_ 1 Gwintować M38x /,5-2r

2

OddziaJ

Mech

Slll.nowisko

Rv-Mas-R5

Prace

war~ztaLowe

K-UPT-523 RP-9150

TT-nV-94 RP-7450 M-TW 17 RP.12.38 K-UNT-517 K-UNT-536 TTTW-2/ RP./.1.3 1T-NG-/4 N NNBe 20xJ2-GJO NNRc 26x25-45°-GJO M-WW-4 16x 16-GlO NNRo NWKc 8.5 NNRe J2xl2-45°-Gl0 K-NSG 530 K-NNT-<>36 NWSc 90"/12 K-NNT-637 NNRe J6xl6 MSGo MJBxl.5

ł

"'"'

'<

z

!:

:<>

B

5'

<(

ffi a..

"'

~

o

.!!. c:

u

o c:r

Q

a.

N

Cll

c:r

~

65

Było

Zmieniono Da1.a i podpis

Nr zabiegu

Wykonał

data

podpis

Sprawdził

data

podpis

Zatwierdził

data

podpis

L'

m/min

n

f

obr/nun mm/ob

IO

100

2

20

750

O.Oli 0,25

3

25

190

0.25

4

JO

100

o.ós

5

25

190

0,25

6

15

75

0,08

7

25

125

0.25

8

15

125

0,08

9

15

125

1,25

IO

9

75

1,5

Korto technolo91czno

Instrukcje

Instrukcje obróbki

lnstrukqe uzbrojenia obrabiarki

Instrukcje obróbki c1eplneJ

Instrukcje obróbki galwaniczne,

Instrukcje montażu

Instrukcje kontroli Jakości

Konstrukqe pomocy warsztatowych

Korty normowania czasu

obróbki skrawaniem

obróbki cieplnej

obróbki plostyczneJ

kontroli JOkości

Rys. 1-20. Kolejność opracowywani.a dokumentacji technolog1cznej

montozu

5. Dokumentacja technologiczna

43

W produkcji wielkoseryjnej i masowej karta technologiczna stanowi tylko uporządkowany rejestr operacji (rys. I-17). Każda z nich będzie szczegółowo opracowana na tzw. instrukcjach obróbki. Dlatego w karcie technologicznej wymienia się tylko operacje i podaje krótko ich treść. W rubryce „oprzyrządowanie'' wystarczy podać numer instrukcji obróbki, w której i tak wszystko będzie podane szczegółowo. I n str u kc j ę o br ó b ki sporządza się w celu podania treści operacji pracownikowi obsługującemu obrabiarkę, zwykle w postaci szkicowej i opisowej. W karcie takiej (rys. I-l8) są wyszczególnione: stanowisko robocze, liczba i kolejność zabiegów, warunki obróbki dla poszczególnych zabiegów oraz wszelkie pomoce niezbędne do wykonania danej operacji (uchwyty, przyrządy, oprawki, imaki, narzędzia i sprawdziany). Na szkicu wykonanym w pewnych proporcjach, lecz niekoniecznie w skali, powierzchnie obrabiane zaznacza się grubą linią, a naniesione wymiary są wymiarami końcowymi dla danej operacji. Wszelkie wymiary przejściowe dla poszczególnych zabiegów powinny być podane tylko w opisie. Bardzo istotne jest pokazanie na szkicu sposobu ustalenia przedmiotu i jego zamocowania. Do tego służą specjalne symbole umowne, których zestawienie oparte na PN znajduje się w tabl. I-4. Przemyślany przez technologa sposób ustalenia i zamocowania przedmiotu jest podstawą do projektowania uchwytu lub przyrządu dla tej operacji, bądź też do odpowiedniego ustalenia i zamocowania bezpośredniego na obrabiarce. Nie zawsze tak musi być, ale stanowi to duże ułatwienie, gdy poszczególne zabiegi są oznaczone liczbami i liniami odnoszącymi zaopatrzonymi w stnałki (rys. 1-19). Grube linie przed kółkami określają kierunek posuwu narzędzia. I tak, dla zabiegów wykonywanych posuwem wzdłużnym będą to linie poziome, a dla zabiegów wykonywanych posuwem poprzecznym - pionowe. Ogólny znak obróbki z prawej strony szkicu u dołu odnosi się do chropowatości powierzchni po dokonanych zabiegach. Jeżeli nie wszystkie powierzchnie wykonywane w poszczególnych zabiegach mają tę samą chropowatość, to obok ogólnego znaku umieszcza się w nawiasie znaki pozostałe. Dodatkowo również te pozostałe znaki umieszcza się na grubej linii przy liczbie oznaczającej kolejność zabiegu. A więc stosuje się taki sam system znakowania chropowatości powierzchni do poszczególnych zabiegów, jaki jest używany na rysunkach wykonawczych części. Po prawej stronie każdej instrukcji obróbki znajduje się wolne miejsce przeznaczone na wpisanie wszystkich pomocy (uchwytów, przyrządów, narzędzi i sprawdzianów). Pomoce normalne powinny być podane wg nomenklatury PN, natomiast specjalne wg oznaczenia przyjętego w danym zakładzie. Dodatkowe uzupełnienie tej podstawowej dokumentacji technologicznej mogą stanowić: instrukcja uzbrojenfa obrabiarki, instrukcja obróbki cieplnej, instrukcja obróbki galwanicznej, instrukcja kontroli. instrukcja montażu, karta kalkulacyjna i inne. Szczegółowy opis poszczególnych pozycji znajdzie czytelnik w [7]. Opracowanie dokumentacji technologicznej rozpoczyna się z chwilą zaplanowania procesu technologicznego i wypełnienia karty technologicznej (rys. I-20). Na podstawie tego procesu, w przypadku produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej, opracowuje się dla poszczególnych operacji (zamocowań) wszelkiego rodzaju instrukcje. Kartę technologiczną bądź też instrukcje przekazuje się do działu konstrukcyjnego pomocy war-

44

I. Wiadomości ogólne

sztatowych, w którym na ich podstawie przystępuje się do projektowania potrzebnych pomocy. Często konstruktor pomocy specjalnych (np. uchwytu) sugeruje technologowi pewną zmianę, dzięki której rozwiązanie uchwytu będzie prostsze, a tym samym tańsze. Dopiero po wniesieniu tych zmian do instrukcji oraz karty technologicznej proces może przejąć technolog-kalkulator, który przystąpi do obliczania czasów trwania poszczególnych operacji. Obliczone czasy wpisuje się do karty technologicznej i w ten sposób zostają zakończone prace związane z projektowaniem procesu technologicznego.

6. NORMA CZASU PRACY Jak podano, opracowanie procesu technologicznego kończy się na obliczeniu czasów trwania poszczególnych operacji. Czynność tę wykonują technolodzy-kalkulatorzy. Norma czasu pracy jest to technicznie uzasadniona ilość czasu niezbędna do wykonania określonego zakresu pracy w danych warunkach techniczno-organizacyjnych zakładu, przez określoną liczbę wykonawców o określonych kwalifikacjach. Norma czasu pracy dotyczy najczęściej operacji. Jak wynika z podanej definicji, te same czynności wykonywane w różnych zakładach, w różnych warunkach techniczno-organizacyjnych, mogą wymagać zróżnicowanego czasu. Normę czasu można wyrazić wzorem: (1)

gdzie tpz - czas przygotowawczo-zakończeniowy, n - liczba przedmiotów w serii, wykonywanych przy joonym nastawieniu obrabiarki, ti - czas jednostkowy wykonania. Czas przygotowawczo-zakończeniowy jest to czas związany z przygotowaniem do wykonania operacji technologicznej i z jej zakończeniem. Czas ten występuje tylko jooen raz na serię wykonywanych przedmiotów. W zakres tego czasu wchodzą mkie czynności , jak: zapoznanie się z rysunkiem i dokumentacją technologiczną niezbędną do wykonania danej operacji, pobranie oprzyrządowania normalnego i specjalnego, zgodnie z wykazem w dokumentacji technologicznej, oraz uzbrojenie obrabiarki. Po zrealizowaniu określonej serii wyrobów w zakres tego czasu wchodzą takie czynności, jak: rozbrojenie obrabiarki, zdanie oprzyrządowania oraz określonych wyrobów. Czas przygotowawczo-zakończeniowy jest zależny od rodzaju obrabiarki. Im obrabiarka jest bardziej skomplikowana, tym jest on większy. W normie czasu, jak to wynika ze wzoru ( l), czas przygotowawczo-zakończeniowy tp z dzieli się przez liczbę n przedmiotów wykonywanych w danej seńi. Im jest ona większa, tym mniejszą rolę odgrywa ten czas w ogólnej nomtle czasu. Stąd też dla produkcji masowej może on być zupełnie pomijany. Na rysunku I-21 przedstawiono strukturę normy czasu trwania operacji. Jak wynika z podanego schematu, czas jednostkowy tf' który jest czasem niezbędnym do wykonania jednej sztuki wyrobu, stanowi sumę czasu wykonania tw i czasu uzupełniającego tu, czyli t1 = tw+tu. Czas wykonania t w jest to czas niezbędny do jednorazowego wykonania czynności bezpośrednio związanych z daną operacją. Czas wykonania jest sumą czasu głównego t 8 i czasu pomocniczego tP, czyli t.., = tg+ tP.

45

6. Norma czasu pracy Normo czasu

Czas pnygotowG

Czas

-zokończeniowy

Jednostkowy

Czos wykonania

Czas

główny

czas obsługi technicznej

Czas uzupełniajqcy

czas pomocniczy

111

czas obsługi

organizacyjnej

Czas obsrug1

foo

Czas potrzeb tizjo\og1cznych

Czas

odpoczynku

t,o

C;zas potrzeb naturalnych

Rys. J-21. Struktura normy czasu trwania operacji główny stanowi czas, w którym zależnie od rodzaju operacji następuje zmiana i wymiaru, właściwości wykonywanego przedmiotu, a w przypadku montażu stanowi czas wzajemnego położenia i zamocowania części wyrobu. Zmiana kształtu 1 wymiaru może nastąpić w wyniku obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej. Zmiana właściwości wykonywanego przedmiotu występuje najczęściej w wyniku obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Czas pomocniczy jest czasem niezbędnym do wykonania czynności umożliwiających wykonanie pracy podstawowej (głównej) stanowiącej cel operacji. Czas ten jest związany z każdym przedmiotem danej serii. Do najważniejszych czynności wchodzących w zakres tego czasu należy zaliczyć: zamocowanie i odmocowanie przedmiotu obrabianego, włą­ czenie i wyłączenie obrabiarki, dosunięcie narzędzia, włączenie posuwu itd. Czas uzupełniający tu jest sumą czasu t 0 potrzebnego na obsługę stanowiska roboczego i czasu t1 na potrzeby fizjologiczne pracownika, czyli tu = 10 +Ir Czas obsługi jest to czas przeznaczony na czynności pracownika związane z organizacją i utrzymaniem zdolności stanowiska roboczego do ciągłej pracy. Czas ten obejmuje czas 101 obsługi technicznej i czas obsługi organizacyjnej t<> 0 , czyli t0 = l 01 +t0 0' Czas obsługi technicznej jest czasem przeznaczonym na czynności techniczne związane z utrzymaniem pelnej sprawności wyposażenia technologicznego. Należą do mch takie czynności, jak wymiana narzędzia, usuwanie wiórów itp. Natomiast czas obsługi organizacyjnej jest przeznaczony na czynności pracowni.ka związane z organizacją pracy na stanowisku, utrzymaniem czystości i trwałej zdolności roboczej stanowiska. Jest to czas wykorzystywany przede wszystkim na początku i końcu każdej zmiany. Czas na potrzeby fizjologiczne pracownika składa się z czasu 110 odpoczynku i czasu t1• na potrzeby naturalne, czyli 11 = t10 +lin· Czas odpoczynku jest czasem przeznaczonym na odpoczynek od pracy fizycznej lub od natężenia uwagi.

Czas

kształtu

46

1. Wiadomości ogólne

W ten sposób ustalona norma czasu jest normą analityczną. Norma ta obejmuje czas obliczony analitycznie na podstawie drogi i posuwu narzędzia oraz wszystkie inne czasy określone na podstawie doświadczenia i warunków organizacyjnych zakładu. Czasy te mogą być również ustalone na podstawie chronometrażu. Analityczna norma czasu stosowana jest przede wszystkim w produkcji seryjnej. W produkcji wielkoseryjnej i masowej znajduje zastosowanie metoda analityczno-doświadczalna oparta na chronometrażu i obserwacji dnia roboczego. W przypadku produkcji jednostkowej i bardzo małych serii określenie czasu trwania operacji odbywa się najczęściej szacunkowo na podstawie porównania z dotychczas wykonywanymi podobnymi pracami lub w oparciu o doświadczenie technologa-kalkulatora. główny

7. KOSZTY WYTWARZANIA Każde zadanie postawione przed technologiem może być zrealizowane w różny sposób. Dlatego najczęściej występują różne warianty procesu technologicznego, zależ­ ne od przyjętego półfabrykatu, zastosowanych środków produkcji, czyli liczby i kolejności operacji. O przyjęciu określonego wariantu do realizacji powinny decydować kryteria ekonomiczne. Powinno się zatem wybierać ten wariant, który umożliwia spełnienie warunków technicznych, przy najniższym koszcie wytwarzania. Na koszty wytwarzania określonego produktu składają się: koszty bezpośrednie i koszty pośrednie. W skład kosztów bezpośrednich wchodzą: materiały bezpośrednie, robocizna bezpośrednia oraz inne koszty bezpośrednie. W skład kosztów pośrednich wchodzą: koszty ogólnowydziałowe, koszty ogólnozakładowe oraz koszt braków. Kosztami bezpośrednimi są koszty związane bezpośrednio z określonym produktem. Wysokość tych kosztów jest stwierdzona odpowiednimi dokumentami I tak, koszt materiałów określają kwity magazynowe, koszt robocizny jest stwierdzony kartami roboczymi. Do kosztów bezpośrednich należą koszty wydziałowe związane z pracą wydziału, na którym jest przeprowadzona określona część procesu technologicznego. Ujmują one koszty ruchu maszyn i urządzeń produkcyjnych oraz koszty ogólnowydziałowe. Koszty wydziałowe rozdziela się na poszczególne wyroby najczęściej proporcjonalnie do kosztów robocizny bezpośredniej . Oblicza się je oddzielnie dla każdego wydziału. Koszty M materiałów bezpośrednich, koszty R robocizny bezpośredniej i koszty wydziałowe Kwd tworzą tzw. koszt techniczny. Koszty ogólnozakładowe K 08 ujmują wszystkie koszty związane z całością zakładu. Rozdziela się je najczęściej proporcjonalnie do sumy kosztów robocizny bezpośredniej i kosztów wydziałowych. Tak więc koszt własny Kw wyrobu (koszt wytwarzania) można obliczyć ze wzoru:

Kw = M+R+Kwd+Kog' Przedstawiona metoda obliczania kosztów wytwarzania jest bardzo ogólna i często nie wystarcza dla potrzeb technologa. Istnieje szereg metod bardziej precyzyjnego obliczania tych kosztów.

Rozdział

II

,

POŁFABRYKA TY

Technolog przed przystąp1ernem do opracowania procesu technologicznego musi wybrać półfabrykat. Nie wolno opracowywać szczegółowego procesu technologicznego bez znajomości materiału wyjściowego. Półfabrykat może się różnić od wyrobu koń­ cowego i ewentualna różnica będzie zależna od metody jego wykonania. W przypadku odlewów lub odkuwek technolog musi wiedzieć, czy otwory będą wstępnie odlane, czy odkute, czy też materiał będzie pełny. Inna jest bowiem technologia otworu wstępnie wykonanego w półfabrykacie, a inna wówczas, gdy otwór będzie wykonywany w materiale pełnym. Niezbędna jest też znajomość wielkości naddatków dla prawidłowego opracowania procesu.

,

1. RODZAJE

,

POŁFABRYKATOW

Technolog ma do dyspozycji cały szereg półfabrykatów, które można podzielić na: z materiałów hutniczych, półfabrykaty spawane, odkuwki, odlewy, półfab­ rykaty z tworzyw sztucznych, wykroje, półfabrykaty otrzymane metodą obróbki plastycznej na zimno oraz półfabrykaty otrzymane przez spiekanie proszków metali. Trzeba zaznaczyć, że ten bogaty asortyment półfabrykatów jest do dyspozycji nie tylko technologa, lecz także konstruktora. Niejednokrotnie charakter konstrukcji, jej specyficzne cechy, przyjęty materiał, jednoznacznie narzucają półfabrykat. półfabrykaty

a. PÓŁFABRYKATY Z MATERIAŁÓW HUTNICZYCH Przez pojęcie materiały hutnicze należy rozumieć wszelkiego rodzaju wyroby walcowane w postaci prętów okrągłych, kwadratowych, sześciokątnych, płaskowników, blach, rur i innego rodzaju kształtowników. Do tego dochodzi liczna grupa wyrobów ciągnionych, łuszczonych i szlifowanych, które występują w postaci prętów okrągłych, rur i drutów. Technolog bardzo często korzysta z wygodnych postaci półfabrykatów, jakimi są pręty walcowane j ciągnione, dostarczane przez huty w gotowej postaci wg wymiarów znormalizowanych. Pręty walcowane i ciągnione różnią się między sobą nie tylko

48

U.

Półfabrykaty

technologią wykonania, ale przede wszystkim wielkością tolerancji i stanem powierzchni. Pręty ciągnione są znacznie dokładniejsze od walcowanych i dlatego stosowanie ich musi być zróżnicowane. Błędem popełnianym często przez technologów jest przyjmowanie na półfabrykaty prętów ciągnionych, mimo że w jednej z pierwszych operacji zostanie obrobiona cała powierzchnia zewnętrzna. Należy tego unikać, pamiętając, że pręty ciągnione są znacznie droższe od walcowanych. Jedyny wyjątek mogą stanowić części, których obróbkę przewiduje się na automatach tokarskich, których konstrukcja tulei zaciskowych i prowadzących nie pozwala na stosowanie prętów walcowanych. To samo może dotyczyć niektórych tokarek rewolwerowych, zwłaszcza starszych typów. Konstrukcja urządzeń zaciskowych rewolwerówek nowoczesnych pozwala na stosowanie prętów walcowanych.

-- - -~'9

___ 2x~2 ~

1492

Rys. Il-I.

Wałek

z

obróbką

063

M czopów skrajnych

Niekiedy jest również celowe przyjęcie pręta ciągnionego na półfabrykat wałka, mimo że obróbkę przewiduje się na konwencjonalnej tokarce kłowej (rys. II-1). Dotyczy to tych części, dla których dokładność wykonania pręta ciągnionego jest wystarczająca; unika się wtedy zbędnego skrawania, a obróbkę, tak jak w przypadku walka z rys. Il-I, ogranicza się tylko do dokładnych czopów skrajnych. Pręty stalowe walcowane okrągłe są produkowane w zakresie średnic 8+250 mm. Dokładność ich wykonania może być: zwykła, podwyższona i wysoka. Ogólnie można powiedzieć, że nie jest ona duża i w zależności od dokładności wykonania mieści się w granicach 16+ 15 klasy dokładności. Pełny zakres wymiarowy walcowania prętów stalowych okrągłych dotyczy tylko stali konstrukcyjnych węglowych, niskostopowych i stopowych. Jest on ograniczony do stali narzędziowych, szybkotnących i wysokostopowych. Podstawą obliczenia półfabrykatu z pręta walcowanego jest wielkość naddatków koniecznych do wykonania poszczególnych operacji. Punktem wyjściowym, np. w przypadku wałka przedstawionego na rys. II-2, będzie jego maksymalna średnica i wymagania, jakie stawia konstruktor tej części, dotyczące dokładności wykonania oraz chropowatości powierzchni. Wymagania te narzucają rodzaje obróbki, dla których będzie trzeba przyjąć odpowiednie naddatki. Z rysunku II-2 widać, że powierzchnia o maksymalnej średnicy 025 wymaga wykonania obróbki zgrubnej, kształtującej i wykańczającej. Dla tych trzech rodzajów obróbki trzeba dobrać naddatki z odpowiednich tablic (normatywów). Sprawa naddatków zostanie wyjaśniona w rozdz. III. Naddatki te (w mm) wynoszą dla

49

I. Rodzaje półfabrykatów 60 ~

50

20

~

~

~Lff.:-..-::!~-~-·-=--=~,.I_~~~ ~---~-~-~--~--1il~6-==łt";;;;:-k;;:;;11--l Mot:45

210

Rys. ll-2.

-

obróbki zgrubnej obróbki kształtującej obróbki wykańczającej suma naddatków:

--=-=---i

~(~)

Wałek

3,0 0,9 0,3 4,2

Po dodaniu sumy naddatków do wymiaru nominalnego otrzyma się teoretyczną wielkość 29,2. Pamiętając jednak, że huty wytwarzają pręty wg ustalonego programu produkcyjnego oraz posługując się normami, należy przyjąć najbliższy, większy pręt. W rozpatrywanym przypadku będzie to pręt 0 30. Postępując w podobny sposób z długością wałka, otrzyma się wymiar, na jaki trzeba ciąć obrany pręt, ażeby otrzymać materiał wyjściowy (półwyrób) do produkcji wałka z rys. Il-2. Druty stalowe ciągnione są produkowane w zakresie średnic od 2,0 do 16 mm. pręty ci~"llione zaś w zakresie od 5,0 do 60 mm. Zakres średnic jest zróżnicO\yany w zależno­ ści od gatunków stali, jak to miało miejsce dla prętów walcowanych. Pręty ciągnione są wytwarzane w kJasacb dokładności od 9 dó 13, parametr chropowatości powierzchni wynosi około 2,5 µm . Dokładniejsze pręty ciągnione (klasy dokładności 8+1 l) są dodatkowo łuszczone i szlifowane. Szerzej zostały tutaj omówione pręty o przekroju kołowym najczęściej stosowane. Należy jednak pamiętać, że zarówno pręty walcowane, jak i ciągnione są produkowane 3ako pręty o przekroju prostokątnym i sześciokątnym. Bardzo wygodnym półfabrykatem są rury. Pozwalają one na zaoszczędzenie dużej ilości materiału w porównaniu z prętami. Najczęściej stosowane są rury bez szwu i ze szwem. Rury bez szwu otrzymuje się drogą walcowania na gorąco i następnie walcowania (lub ciągnienia) na zimno. Są one wyrobami o dużej dokładno­ ści. Rury ze szwem otrzymuje się przez zgrzewanie lub spawanie taśm lub blach. W celu poprawienia ich dokładności poddaje się je walcowaniu lub ciągnieniu na zimno. Uzyskuje się dzięki temu dokładniejszy wymiar i powierzchnię o mniejszej półfabrykatu wynoszącą

chropowatości.

Blachy są to wyroby walcowane, najczęściej na gorąco, i dostarczane do producenta w postaci arkuszy. Jako półfabrykaty do produkcji typowych części maszyn odgrywają one mniejszą rolę, stanowią jednak materiał wyjściowy dla półfabrykatów spawanych i w postaci wykrojów wypalanych lub otrzymywanych metodą obróbki plastycznej na zimno.

50

Il.

Półfabrykaty

b. PÓŁFABRYKATY SPAJANE Z punktu widzenia przebiegu, procesy spaJarua można podzielić na trzy grupy: spawanie, zgrzewanie i lutowanie. W przygotowaniu półfabrykatów największą rolę odgrywa grupa pierwsza, tj. spawanie, a ostatnio ze względu na duże oszczędności materiału grupa druga - zgrzewanie. Lutowanie w przygotowaniu półfabrykatów nie odgrywa większej roli. Pół fabr y katy s p a w a n e stanowią dość specyficzną grupę i wiążą się ściśle z wyrobami walcowanymi, które tworzą dla nich materiał wyjściowy. Można więc powiedzieć, że półfabrykat spawany stanowi niejako formę przejściową, czyli półwyrób w przypadku, kiedy podlega on dalszej obróbce skrawaniem, a niekiedy gotowy wyrób, jak to często bywa w konstrukcjach stalowych. O wyborze półfabrykatu spawanego decyduje nie tyle technolog co konstruktor. Przyjęcie bowiem przez projektanta spawanej konstrukcji jednoznacznie decyduje o pół­ fabrykacie. Dokumentacja konstrukcji spawanych jest wykonywana różnie. Dla elementów prostych jest to zazwyczaj jeden rysunek zestawieniowy z wyraźnym zaznaczeniem powierzchni, którą muszą być obrobione po spawaniu (rys. Il-3). Dla przedmiotów bardziej złożonych wykonuje się niekiedy oddzielne rysunki elementów przeznaczonych do spawania i to albo na oddzielnych arkuszach, albo na tym samym rysunku, na rysunku zaś zestawienionym podaje się tylko konieczne dane do spawania oraz do obróbki tej części po spawaniu (rys. II-4).

~· B

183

---- -------- ----- ~ 170 Po spawaniu korpus wyżar laĆ

Rys. Il-3. Konstrukcja spawana

I . Rodzaje

A-A

51

półfabrykatów

110

230 o Po spawaniu korpus wyż.orzoć

-·+I ><12

Rys. II-4 Przedmiot spawany z rozrysowanymi

al

częścianli składowymi

b)

Rys. U-5. Półfabrykaty 1.grz.ewane: a) odkuwka i pręt walcowany, b) pręty walcowane o różnej średnicy

52

Il.

Półfabrykaty

Decyzję o tym, co może być obrobione przed spawaniem, a co musi być obrobione po spawaniu podejmuje technolog, pamiętając, że spawanie wywołuje w przedmiocie naprężenia własne, które przed obróbką powinny być usunięte przez wyżarzanie. Konstruktor często zapomina o konieczności przeprowadzenia tej operacji i nie zaznacza tego na rysunku; nie może tego przeoczyć technolog. Tak więc przed spawaniem można planować tylko obróbkę zgrubną, niezbędną do wykonania spawania lub też polegającą na usunięciu zbyt dużych naddatków w celu zastosowania po spawaniu obróbki kształtującej i wykańczającej. Projektanta konstrukcji spawanych obowiązuje znajomość wyrobów walcowanych, ponieważ ważny jest taki dobór wymiarów poszczególnych elementów składowych, ażeby zmniejszyć udział skrawania, lub aby zupełnie uniknąć obróbki, zwłaszcza tam, gdzie nie jest ona konieczna. Półfabrykaty w postaci spawanej są stosowane coraz częściej. Dzięki temu można zaoszczędzić dużą ilość materiału, szybciej przygotować półfabrykat, co jest szczególnie cenne w produkcji jednostkowej (prototypowej) i małoseryjnej. Zastosowanie p r o c e s u z g r z e w a n i a pozwala na zaoszczędzenie dużych ilości materiału oraz na znaczne zmniejszenie pracochłonności obróbki. Dotyczy to zwłaszcza produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Zgrzewać można różne postacie materiałów wyjściowych. Może to być odkuwka i pręt walcowany (rys. II-5a), mogą to być pręty walcowane o różnej średnicy (rys. Il-Sb).

c. ODKUWKI Odkuwki należą do półfabrykatów coraz częściej stosowanych. Można je wykojako swobodne i matrycowane. Odkuwkę swobodną otrzymuje się przez kucie, bez żadnych dodatkowych pomocy, lub też z zastosowaniem prostego oprzyrządo­ wania. Uzyskana dokładność zależy w dużym stopniu od umiejętności pracownika. Do wykonania odkuwki matrycowej niezbędne jest zaprojektowanie i wykonanie matrycy. O d k u w k i s w o b o d n e, ze względu na małą dokładność i konieczność stosowania xstosunkowo dużych naddatków, znajdują zastosowanie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Wielkość naddatków i tolerancji dla poszczególnych wymiarów odkuwki swobodnej jest związana przede wszystkim z kształtem przedmiotu. W polskiej normie PN-75/H-94101 dokonano następującego ich podziału: - wałki i graniastosłupy o przekroju regularnym i jednostajnym na całej długości (rys. 11-6), - kostki i krążki wszechstronnie kute (rys. Il-7), - płyty, tarcze i krążki kUle spęczająco, pełne lub z przebijanymi otworami (rys. Il-8), - tuleje i pierścienie rozkuwane na trzpieniu walcowanym (rys. Il-9), - cylindry kute na trzpieniu stożkowym (rys. II-10), - odkuwki odsadzane w postaci wałów odsadczych, kołnierzowych itp. (rys.II-Jl). Dla poszczególnych typów przedmiotów. wielkości naddatków na obróbkę mechani· czną i ich dopuszczalne odchyłki wymiarowe są zamieszczone w nonnach. nywać

53

I. Rodzaje półfabrykatów

r-- ----,

I I

I

t

I

I

I

I

I

l- - ;- - -{ I

n

t

n

n

n n

n

~2~-+-<-~--'--~~-i-2=- _2..+J__-"s'----
s

s

n

n

n

2

2

2

d

o

A

A

r-------- ----- --- - - -- -------„ I

I

I ~---------------·--

l

' I

L

Rys. 11-6.

Wałki

i

graniastosłupy

o przekroju regularnym i jednostajnym na

-------1 I I

I I I

o A

o

.c

J::

o A

Rys. fi-7. Kostki,

krążki

wszechstronnie kute

całej długości

54

U.

Półfabryka1y

d,

o,

I

r

r

I

I

1

.

e ·-~ j - - t---t.-~ -~ - - ~-- ~ ~ I

~

I I

I

.

.l..

L

.

I I

I

Rys. Il-8.

Płyry,

tarcze i

krążki

kute

s pęczająco, pełne

lub z pn.ebijany mi orworami

Odkuwki należą do tych półfabrykatów, które trzeba każdorazowo projektować. konstrukcyjnego rozwiązania półfabrykatu w postaci odkuwki swobodnej przedstawiono na rys. 11-12. Linią przerywaną wkreślono zarys przedmiotu po obróbce. Dla odkuwek swobodnych, dJa elementów o kształtach geometrycznych prostych, materiałem wyjściowym jest bardzo często pręt walcowany, który przez kucie zostaje spęczony. Dużym ułatwieniem dla wydziału wykonującego taką odkuwkę jest obliczenie materiału wyjściowego. Oblicza się objętość bryły odkuwki i do tej objętości dodaje się określony procent na zgorzelinę i odpady. Procent ten jest zależny od liczby grzań Przykład

I. Rodzaje C:IN

55

półfabrykatów

Tulejo

H _ _ _ _ __ hrno• =1,Sd

Rys. II-9. Tuleja i pie~cień rozkuwane na trzpieniu walcowym

-!1--------------------,

c:JN t- - - - - - - - - - - -·- - - - - - - - - - 1 I I <11:60 t _ 0 15'

r ·- ·- ·- ·- ·- - ·- - - - - - ·- - ·- - r i

I

~-

_j_ - C:(N

~x

I

·/ - ·- - - ·- - ·- -

-

- · - · - - · - ·-

j

C:/N

I fx

L

Rys. ll- 10. Cylinder kuty na trzpieniu

stożkowym

i może dochodzić do I0%. Tak obliczona objętość musi być równa objętości pręta walcowanego. Na rysunku II-13 przedstawiono w ten sposób wykonaną odkuwkę dla przedmiotu z rys. Il-14. Od k u w ki matryc o w a n e stosowane są przede wszystkim w produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej'. Do wykonania tych odkuwek konieczne są bowiem nieraz bardzo skomplikowane matryce. Projektując odkuwkę matrycowaną, konstruktor musi nie tylko zwracać uwagę na technologię samej odkuwki, ale również na techno-

56

Il.

Półfabrykaty

)

CjN

L

L

Rys. II-1 l. Odkuwki odsadz.ane

208H

1200)

Rys. U- 12. Odkuwka swobodna

-- - ~i--·-·-·-· - - - ~ -· - ---160 400

Rys. II-13. Odkuwka swobodna dla przedmiotu z rys. Il- 14 logię

matrycy. Pewne wytyczne niezbędne do projektowania odkuwek matrycowanych zostały ujęte w PN-86/H-94301. Dla odkuwek matrycowanych rozróżnia się cztery klasy dokładności wykonania: Z - zwykła, P - podwyższona, D - dokładna oraz BD - bardzo dokładna. Dla odkuwek tych określa się również dwa stopnie trudności wykonania: w zależności od gatunku materiału oraz wynikający ze zwartości kształtu.

I . Rodzaje

57

półfabrykatów

120

40

20 1-45°

135

.;; "'

(")

("I)

~

242 394 Mot : 45

Rys. II-14.

Wałek

~~)

z odsadzeniem

Rys. Il- IS.

Bryły

opisane na odkuwkach walcowych

Bryły opisane na odkuwkach o dowolnych kształtach

Rys. Il-16.

Rys. II-17. Rysunek odkuwki matrycowanej

) 58

Il.

Półfabrykaty

Odkuwki wykonane ze stali o zawartości węgla do 0,65% lub sumy maksymalnych zawartości składników stopowych (Mn, Ni, Cr, Mo, V, W) do 5% zalicza się do pierwszego stopnia trudności wykonania - Ml. Odkuwki wykonane ze stali o zawartości węgla powyżej 0,65% lub sumy zawartości składników stopowych powyżej 5% zalicza się do drugiego stopnia trudności wykonania - M2. Rozróżnia się cztery stopnie trudności wykonania wynikające ze zwartości kształtu. Są one określone stosunkiem masy odkuwki do masy bryły opisanej na maksymalnych wymiarach odkuwki. Wskaźnik zwartości kształtu odkuwki można obliczyć ze wzoru:

s = !!!.._, mb

gdzie m - masa odkuwki obliczona z objętości określonej wg rysunku i gęstości, masa bryły opisanej na odkuwce. Bryły opisane na odkuwkach wal.c owych pokazano na rys. Il-15. Dla odkuwek o kształtach dowolnych, kształt bryły opisanej jest określony przez najmniejszy prostopadłościan, który otacza odkuwkę (rys. Il-16). Stopień trudności wykonania S 1 stosuje się dla odkuwek, których wartości wskaź­ nika zwartości kształtu S mieszczą się w granicach od 0,63 do 1,0. Stopień trudności S2 - dla wskaźnika o wartościach znajdujących się w granicach od 0,32 do 0,63. Stopień trudności S3 - dla wartości wskaźnika mieszczących się w granicach od O, 16 do 0,32. Stopień Lrudności S4 - dla wskaźnika przyjmującego wartości do O, 16 włącznie. Reasumując, należy stwierdzić, że naddatki na obróbkę, tolerancję i odchyłki wymiarów dla odkuwek matrycowanych zależą od: wymiarów odkuwki, masy odkuwki, kształtu powierzchni podziału, stopnia trudności wykonania odkuwki wynikającego ze zwartości kształtu, stopnia trudności wykonania w zależności od gatunku materiału oraz klasy dokładności wykonania odkuwki. Projektując odkuwkę matrycowaną, należy posłużyć się odpowiednimi normami, w których poza naddatkami na obróbkę, tolerancjami i odchyłkami wymiarów można znaleźć jeszcze dodatkowe wytyczne, talcie jale najmniejsze grubości dna, najmniejsze grubości ścianek (żeber) zależne od wysokości odkuwki, najmniejsze promienie zaokrąg­ leń itp. Bliższe dane wraz z wyciągami z norm pozwalającymi na zaprojektowanie odkuwki znajdzie czytelnik w literaturze (7]. Poprawnie zaprojektowaną odkuwkę matrycowaną przedstawiono na rys. Il-17. I tutaj podobnie jak w odkuwce swobodnej - w zarys odkuwki wkreślono cienką linią ciągłą zarys przedmiotu obrabianego. mb -

d. ODLEWY walcowanych należą do najliczniej spotykanych mateod produkcji małoseryjnej do masowej. Istnieje kilka metod wytwarzania odlewów. Do najważniejszych należy zaliczyć: - odlewy wytwarzane w formach piaskowych z formowaniem ręcznym, - odlewy wytwarzane w formach piaskowych z formowaniem maszynowym, - odlewy wytwarzane w formach metalowych (kokilach), - odlewy odlewane pod ciśnieniem, Odlewy obok

półfabrykatów

riałów wyjściowych, począwszy

\. Rodzaje

półfabrykatów

59

- odlewy odlewane metodą odśrodkową, - odlewy odlewane precyzyjnie tzw. metodą traconego wosku. Wykonywanie odlewów w formach piaskowych przyjmuje się za metodę normalną; pozostałe metody zalicza się do metod specjalnych. Różnią się one jak.ością, przede wszystkim większą dokładnością wymiarowo-kształtową i mniejszą chropowatością powierzchni. Zadaniem technologa jest dokonanie wyboru najbardziej odpowiedniej metody wytworzenia odlewu, w zależności od wielkości serii, wielkości gabarytowych odlewu i rodzaju odlewanego materialu. Poprawne zaprojektowanie odlewu, zwłaszcza przedmiotu o kształtach bardziej skomplikowanych. jest zagadnieniem trudnym i wymaga od technologa znajomości technologii odlewnictwa. Odlew musi być przede wszystkim tak zaprojektowany, ażeby można go było wykonać. Należy rozpatrzyć zatem zagadnienie konstrukcji samej formy, jej podziału, zagadnienie rdzeni i ich podwieszenia, doprowadzenia do wszystkich miejsc ciekłego metalu jeszcze w stanie dostatecznie podgrzanym oraz problem równomiernego stygnięcia.

Rys. 11-18. Rysunek odlewu

Najbardziej jest rozpowszechnione odlewanie żeliwa szarego. Odlewom tym jest polska norma PN-72/H-83104. Dla tego typu odlewów, w zależności od stawianych im wymagań, ustalono 5 klas dokładności wykonania oznaczonych symbolami I-V. Dla poszczególnych klas dokładności są określone naddatki na obróbkę oraz tolerancje wymiarowe. Są one ustalone w zależności od największego wymiaru zewnętrznego odlewu oraz nominalnego wymiaru mierzonego. Poprawnie wykonany rysunek odlewu z ustalonymi wielkościami naddatków i tolerancjami jest przedstawiony na rys. JI-18. I tutaj, podobnie jak w odkuwkach, należy wykreślić kształt przedmiotu. Daje to dobrą orientację o wielkości naddatków, wskazuje na powierzchnie podlegające obróbce oraz na usytuowanie odlewu w formie. Drugą liczną grupę stanowią odlewy z metali nieżelaznych. Są to głównie, obok odlewów wykonywanych w formach piaskowych, odlewy wytwarzane metodami specjalnymi. W PN-74/H-83207 wprowadzono ich podział na siedem klas dokładności. P~y poświęcona

60

CI.

Półfabrykaty

ustalaniu dokładności wykonania odlewu można posłużyć się tabl. Il-1, w której podano technologie odlewania umożliwiające otrzymanie wymaganej dokładności odlewu. Podobnie jak dla odlewów żeliwnych ustalone są w normie naddatki na obróbkę, tolerancje wymiarowe itp. Tablica D-1. Technologie odlewania Klasa

umożliwiające

uzyskanie wymaganej

dokładności

odlewów

Technologia Odlewanie w fom1ach z. wytapianych modeli wg metody Shawa

Il

m V

Odlewanie w formach z. wytapianych modeli, wg metody Shawa oraz. w formach skorupkowch Odlewanie w formach skorupokowych i kokilach Odlewanie w formach piaskowych wykonywanych maszynowo

Yl

Odlewanie w formach piaskowych wykonywanych

ręc:mie

VII

Odlewanie w formach piaskowych wykonywanych

ręcz.nie

Podanie dwóch klas dokJadności wykonania odlewów dla jednej technologii uwarunkowane jest jakością stosowanego oprzyrządowania odlewniczego, rodzajem stopu, stopniem skomplikowania odlewu i jego usyruowaniem w formie.

e. PÓŁFABRYKATY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Tworzywa sztuczne stanowią nowoczesny materiał konstrukcyjny, znajdujący zastosowanie we wszelkich dziedzinach produkcji, m.in. w budowie maszyn. Tworzywa sztuczne mają wiele istotnych zalet. Do najważniejszych z nich należy zaliczyć małą gęstość. Jest ona przeciętnie dwukrotnie mniejsza od gęstości aluminium, kilkakrotnie mniejsza od gęstości stali i wynosi 0,9+2,2 g/cm3 . Mała gęstość materiału konstrukcyjnego zmniejsza masę wyrobu. Ma to szczególne znaczenie w takich przemysłach, jak: lotniczy, samochodowy, taboru kolejowego i inne. Dzięki doskonałym właściwościom dielektrycznym tworzywa sztuczne są szeroko stosowane w przemyśle elektrotechnicznym. Większość tworzyw sztucznych jest odporna na działania atmosferyczne, a także w szerokim zakresie na działania kwasów i zasad. Umożliwia to szerokie wykorzystywanie tych tworzyw w budowie aparatury chemicznej i przemysłu spożywczego. Nie bez znaczenia jest również estetyczny wygląd elementów wykonanych z tworzyw sztucznych. Istnieją gotowe półfabrykaty z tworzyw sztucznych, jak: pręty, rury, płyty. Wymiary ich nie są objęte polską normą, lecz tylko określone w postaci norm branżowych, przez producentów. Półfabrykaty w tej postaci wymagają najczęściej dodatkowej obróbki przez skrawanie. Znacznie częściej gotowe elementy z tworzyw sztucznych otrzymuje się przez prasowanie, tłoczenie i wtryski wanie pod ciśnieniem, co odbywa się na wtryskarkach. Zadanie biura technologicznego sprowadza się wówczas do zaprojektowania formy dostosowanej do wtryskarki. Podobnie jak projektowanie formy do odlewu, projektowanie formy do wtryskarki wymaga od konstruktora znajomości właściwości fizykochemicznych tworzywa sztucznego oraz jego przetwórstwa. Półfab­ rykat otrzymany przez wtrysk jest najczęściej gotowym wyrobem i rzadko podlega

I. Rodzaje

61

półfabrykatów

dalszej obróbce skrawaniem. Niekiedy pozostaje jedynie do wykonarria oczyszczerrie wypływek i wlewów, wiercenie otworów o średnicy mniejszej od 5 mm i nacięcie drobnych gwintów.

r. WYKROJE Podobnie jak konstrukcje spawane, które już są półwyrobami powstałymi z materiałów hutniczych, tak wszelkiego typu wykroje otrzymuje się rówrueż z tych materiałów, a szczególnie z blach i płaskowników przez wycinanie. Tego rodzaju półfab­ rykaty (półwyroby) mają bardzo duże zastosowanie zarówno w produkcji jednostkowej (prototypowej), jak i seryjnej, a nawet wielkoseryjnej. Szczególnie dotyczy to części klasy tarcza. Wykroje można wycinać (przecinać) na drodze obróbki wiórowej, stosując specjalne głowice wielonożowe na wiertarkach. metodami termicznymi (acetylenowo-tlenowe, plazmowe, laserowe) bądź metodą plastyczną z wykorzystaniem nożyc.

Elementy o małej grubości są wykrawane na prasach metodą obróbki plastycznej na zimno. Wykrawać można do grubości około J5 mrn. Wykrawanie dotyczy szczególnie produkcji seryjnej i wielkoseryjnej, gdyż wymaga ono konstrukcji i wykonania specjalnych wykrojników (rys. VII-15 i VII-16). Nowoczesnymi nożycami (rys. Il-19) można ciąć blachy do szerokości 5000 mm i grubości 32 mm. Dotyczy to cięcia prostoliniowego.

I Rys. Il- l9.

Nożyce

do blach

W wykrojach najczęściej występuje cięcie krzywoliniowe. Do takiego wycinania szczególnie nadają się metody termiczne, do których zalicza się: cięcie acetylenowo-rlenowe, plazmowe i laserowe. Te trzy sposoby przecinania stosowane są obok siebie i wzajemnie się uzupełniają. Ich wspólną cechą jest punktowe doprowadzenie wysokoenergetycznego strumienia tnącego. Warunkiem uzyskania dobrej jakości cięcia jest dokładne prowadzenie strumienia tnącego oraz sztywne, odporne na drgania stanowisko.

62

Półfabrykaty

II.

Przecinanie acecylenowo-tlenowe jest jak dotychczas najczęściej stosowanym sposobem cięcia (wycinania) termicznego. Tym sposobem można przecinać elementy o grubości od 3 do 3000 mm. Przy standardowych palnikach grubości te wynoszą od 3 do 300 mm. Palnik acetylenowa-tlenowy może być prowadzony ręcznie tylko w przypadku produkcji jednostkowej. W produkcji seryjnej i wielkoseryjnej stosuje się specjalne urządzenia do cięcia półautomatycznego i automatycznego. Przecinanie (wycinanie) plazmowe jest podstawowym sposobem cięcia termicznego stali wysokostopowych i metali nieżelaznych. Źródło ciepła stanowi skoncentrowany łuk elektryczny między nietopliwą elektrodą umieszczoną w palniku plazmowym a ciętym materiałem. Koncentrację łuku uzyskuje się za pomocą odpowiedniej dyszy, która ogranicza strefę wyładowania łukowego. Stopiony materiał pod działaniem strumienia plazmowego o wysokiej energii kinetycznej jest usuwany (wydmuchiwany) ze strefy działania łuku, tworząc szczelinę cięcia.

Istota procesu przecinania (wycinania) laserowego polega na tym, że wiązka laserowa, padając na powierzchnię przedmiotu, nagrzewa materiał i powoduje jego przemianę w fazę ciekłą lub parową. Doprowadzony przez dyszę roboczą strumień gazu usuwa materiał ze szczeliny. Schemat urządzenia do przecinania laserowego przedstawia rys. II-20. Laserem można wykonywać wykroje z blach o grubości do ok. 10 mm. Szerokość przecięcia laserem C02 , będąca oprócz prostopadłości i chropowatości powierzchni jednym z podstawowych kryteriów oceny wyników cięcia, nie przekracza 0.3 mm. Cięcie laserem znajduje dość szerokie zastosowanie przy obróbce ceramiki, tworzyw sztucznych oraz różnego rodzaju dielektryków.

Rys. Il-20. Schemat laserowego ciecia materiałów wiąz.ka laserowa, 2 optyka, 3 - dysza głowicy roboczej, 4 - powiewrzchnia przecięcia, 5 - dopływ ga2u roboczego, 6 - wylot gazu, 7 - ognisko, 8 - przedmiot obrabiany, 9 - wydmuchiwany materiał stopiony

I -

I. Rodzaje

63

półfabrykatów

g. PÓŁFABRYKATY OTRZYMANE METODĄ OBRÓBKI PLASTYCZNEJ NA ZIMNO Półfabrykaty

są już półwyrobami,

a w wielu przypadkach gotowymi wyrobami. do ich wykonania są najczęściej wykroje. Wykonuje się je przez obróbkę plastyczną na zimno, tj. tłoczenie, ciągnienie, prasowanie, wyciskanie, wyoblanie itp. Dotyczy to zwłaszcza wyrobów małogabarytowych, które są produkowane masowo i wielkoseryjnie, gdzie zastosowanie obróbki plastycznej przynosi duże oszczędności materiałowe oraz skraca znacznie czas wykonania wyrobu. takie

Materiałem wyjściowym

h. PÓŁFABRYKATY OTRZYMANE PRZEZ SPffiKANIE PROSZKÓW METALI Otrzymane ze spiekanych proszków półfabrykaty stanowią z reguły gotowy wyrób. Istota tej metody polega na prasowaniu w odpowiednich formach i spiekaniu proszków metali, bądź też kompozycji metali z niemetalami bez topienia lub z częściowym topieniem niektórych najbardziej topliwych składników. Dwie charakterystyczne cechy mają wptyw na rozwój tego sposobu wytwarzania półfabrykatów. Pierwszą z nich jest możliwość otrzymania takiej struktury wyrobów, jakiej nie można otrzymać innymi sposobami. Chodzi głównie o strukturę porowatą, która odgrywa bardzo ważną rolę w eksploatacji niektórych elementów (np. niektóre typy łożysk, szczęki hamulcowe). Drugą bardzo istotną cechą są względy ekonomiczne. Przedmioty otrzymane przez spiekanie proszków metali są - jak wspomniano - gotowymi wyrobami i nie podlegają w zasadzie dalszej obróbce. Te istotne cechy sprawiają, że półfabrykaty ze spiekanych Tablica Il-2. Porównanie zużycia materiału i energii dla (a) I metodą metalurgii proszków (b)

Masa Część

Kolo zębate pompy olejowej samochodu osobowego (3 800000 szt./ rok) Koło zębate pompy olejowej samochodu

części.

g

części

Wyj ściowa

Roczne

masa

zużycie

materiału,

materiału ,

g

l

a

b

87

73

357

311

102

91

312

145

132.5

1110

a 192

wykonanej

a b b 76,S 729,6 290,7

887 327

55,22 19,62

metodą

obróbki skrawaniem

Oszczęd-

Zużycie

Oszczęd-

ność

energii

materiału,

MW·h

ność energii MW · hi %

ti% 438.9 -60,15

a b l,068 538

35.6 -63, l

157

94

95.5 436.8 133,7

30:U -69,4

236,6 127,4

55,5

48,55 -87.5

76.4

532 49,8

63 -40, 1

ciężarowego

(60000 szl./rok) Piasta dmuchawy (I 400000 szt./rok) Pierścień synchronizatora samochodu osobowego (50000 szt./rok)

139

6,95

31,7

109.2 -46,15 44.7 -58,5

64

U.

Półfabrykaty

proszków dla elementów drobnych, w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej, zastę­ pują coraz częściej odlewy i odkuwki. Metoda ta pozwala ponadto na znaczne oszczędności energii. Porównanie zużycia materiału i energii dla jednej części wykonywanej metodą obróbki skrawaniem i metodą metalurgii proszków przedstawiono w tabl. II-2.

2. „ CZYNNIIQ

WPŁYWAJĄCE

, NA DOBOR

POŁFABRYKATU Głównymi

czynnikami wpływającymi na dobór półfabrykatu są: wielkość produkcji, kształt przedmiotu oraz materiał przedmiotu lub specjalne zalecenia dotyczące warunków technicznych. Również specyficzne cechy związane z daną wytwórnią stanowią ważny czynnik wpływający na dobór półfabrykatu. Na przykład brak odlewni w zakładzie może spowodować przejście na konstrukcje spawane, dobrze postawiony dział obróbki plastycznej - zastosowanie w większym stopniu odkuwek, brak zaś takiego działu - wykorzystanie w szerokim zakresie materiałów walcowanych.

-

·- - 0 . - -

Rys. Il-21.

L-Pomijając

Dźwignia

L

warunki uboczne, należy stwierdzić, że decydujący wpływ na dobór dwa pierwsze czynniki, które trzeba rozpatrywać wspólnie, czyli równocześnie brać pod uwagę wielkość produkcji i kształt przedmiotu. Przykładem może być przedmiot przedstawiony na rys. II-21. Kształt przedmiotu narzuca wykonanie odkuwki, natomiast wielkość produkcji i wymiary geometryczne przedmiotu muszą dać odpowiedź, czy będzie to odkuwka swobodna, czy matrycowana. Materiał przedmiotu ustalony przez konstruktora ma niekiedy decydujący wpływ na dobór półfabrykatu i po prostu jednoznacznie go określa. Dla korpusu przedstawionego na rys. II-22 konstruktor przewidział materiał Zł 250. Wiadomo więc, że półfabrykatem będzie odlew, zatem tylko dwa pierwsze czynniki, czyli wielkość produkcji i kształt przedmiotu, mogą decydować o tym, czy będzie to odlew piaskowy fom10wany ręcznie, maszynowo, czy też wykonany inną ze specjalnych metod. Podobne zalecenia podane w warunkach technicznych jednoznacznie określają półfabrykat. Dla wału (rys. II-23), w części dotyczącej wykonania półfabrykatu, określa się stopień przekucia. Z zalecenia takiego wynika jednoznacznie, że półfabrykatem musi być odkuwka. Stopień przekucia zależny jest od przeznaczenia części i wymaganych właściwości. Najczęściej wynosi on 4+8. półfabrykatu mają

3. Przygo1owanie

60


5

półfabrykatów

do obróbki

65

Rys. 11-22. Korpus wykonany z żeliwa ZI 250

130

Rys. Il-23. Wal wykonany ze stali 45

3. PRZYGOTOWANIE PÓŁFABRYKATÓW DO OBRÓBKI Większość półfabrykatów, zanim zostanie przekazana do wydziałów obróbki mechanicznej podlega jeszcze wielu zabiegom. Dotyczy to takich operacji jak przecinanie materiałów prętowych, odcinanie nadlewów i wypływek, prostowarue prętów i odkuwek, przeprowadzanie obróbki cieplnej zmiękczającej odkuwek, usuwanie naprężeń

66 w

Il.

Półfabrykaty

półfabrykatach

głównie również

odlewanych i spawanych, oczyszczanie powierzchni, co związane jest z odlewami. Dla części klasy wałek przygotowanie półfabrykatu obejmuje wykonanie nakiełków.

a. PRZYGOTOWANIE PRĘTÓW WALCOWANYCH I CIĄGNIONYCH Pręty walcowane i ciągnione dostarczane z hut o długościach 3+6 m są przecinane, w wielu przypadkach prostowane, a niekiedy oakiełkowane w magazynie materialowyrn lub w przygotowalni materiału i w postaci już półwyrobów przekazywane do dalszej obróbki. Przecinanie. Przecinanie materiałów prętowych wykonuje się na różnego typu przecinarkach. Do najczęściej stosowanych należy zaliczyć: przecinarko-tokarki, przecinarki tarczowe, przecinarki ramowe, przecinarki taśmowe, przecinarki do cięcia bezodpadowego oraz przecinarki ściemicowe. Pr ze ci n ark o - tokarka jest to tokarka, która przejmuje taką nazwę w przypadku przeznaczenia jej do przecinania. Narzędziem jest nóż-przec.inak, którego szerokość zależy od średnicy przecinanego materiału i może wynosić od 2,0 do 6,0 mm. Straty materiałowe przy takim cięciu są dość znaczne. Zaletą natomiast jest dui.a dokładność przecinania, wynikająca z obrotu przecinanego materiału. Przy tym sposobie cięcia można pozostawić stosunkowo małe naddatki na powierzchniach czołowych, do przeprowadzenia dalszej obróbki.

Rys. TI-24. Przecinarka

taśmowa

s 3. Przygotowanie

półfabrykatów

do obróbki

67

Pr ze c i n a r ka ram o w a. Przecinany pręt jest nieruchomy, natomiast narzędzie - plaska piła wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. Szerokość piły wynosi 2,0+3,0 nun; istnieje możliwość znacznego zukosowania powierzchni czołowej, co wymaga zwięk­ szenia naddatków na dalszą obróbkę. Pr ze ci n a r k a ta r c z o w a charakteryzuje się sztywną, wi el ozębną piłą, co powoduje, że zukosowanie jest mniejsze niż przy użyciu pił ramowych. Straty materiału są znaczne i wynikają z grubości samych pił (5+8 mm). Zaletą jest możliwość równoczesnego cięcia kilku prętów oraz uniwersalność polegająca na tym, że można bez skomplikowanego przestawiania przecinać materiały o dowolnej średnicy lub dowolnym kształcie przekroju. Pr ze ci n ark a taśm o w a. Nowoczesne przecinarki taśmowe, pracujące w ukła­ dzie poziomym (rys. Il-24) charakteryzują się bardzo małą stratą materiału, wynosZ
Rys. Il-25. Narzedzie -

ta.~ma

Pr ze c i n a r k a ś c i e r n i c o w a. Narzędziem jest sc1emica wzmocniona siatką z włókna szklanego, o spoiwie żywicznym. Do najważniejszych zalet tej przecinarki należy zaliczyć: bardzo krótki czas cięcia (rzędu kilku sekund) oraz możliwość przecinania wszystkich materiałów w tym również materiałów trudno skrawalnych. Wysokość ściernicy (szerokość przecięcia) wynosi od I ,O mm dla ściemie z nasypem diamentowym do 6,0 mm dla ściernic konwencjonalnych. Pr ze c i n a r ki d o c i ę c i a b e z od pa d o we g o. Przecinanie na nich polega na dokładnym rozdzieleniu materiału o Rm .::; 1000 MPa przez ścinanie. Główne zalety takiego przecinania to: wielokrotnie zmniejszony czas jednostkowy oraz znaczna oszczędność materiału. Na specjalnych przecinarkach do cięcia bezodpadowego można przecinać pręty o średnicach do 200 mrn. Opisane przecinarki są stosowane przede wszystkim do przecinania materiałów prętowych. Do przecinania półfabrykatów, takich jak blachy i płaskowniki stosuje się nożyce (cięcie prostoliniowe) oraz metody termiczne. Zostały one opisane w punkcie lf. Wszystkie te metody, zaliczane do powszechnie stosowanych sposobów przecinania, uważa się za metody konwencjonalne. Obok nich istnieje kilka metod niekonwencjonalnych, do których zalicza się: przecinanie strumieniem wody, przecinanie stiuną, przecinanie anodowo-mechaniczne, drążenie i wycinanie elektroerozyjne. Pr ze ci n a n ie strumie n iem w ody znalazło zastosowanie przy przecinaniu drewna, tektury, różnego rodzaju tworzyw sztucznych oraz środków spożywczych. Proces przecinania moi.na zintensyfikować, stosując przecinanie wodno-ścierne. Urzą­ dzenie do takiego przecinania jest dodatkowo wyposażone w instaJację do dozowania ścierniwa do strumienia wody. Schemat takiego urządzenia przedstawiono na rys. Il-26.

68

J-

Il.

Półfabrykaty

Rys. ll-26. Schemat urządzenia do przecinania strumieniem wody zbiornik mieszaniny. 2 - pompa. 3 -głowica narzędziowa, 4 - przedmiot przecinany, 5 odprowadzająca mieszaninę, 6 - urządzenie filtrujące, 7 - odpady

pompa

jest głowica narzędziowa (rys. ll-27), której głównym zadaniem jest równomierne rozprowadzanie cząstek materiału ściernego wokół strumienia wody i doprowadzenie tej mieszaniny poprzez dyszę do powierzchni obrabi.anej. Drugim

ważnym członem urządzenia

-

3

I -

dopływ

Rys. Il-27. Głowica narzędziowa do przecinania wodno-ściernego wody pod wysokim ciśnieniem, 2 - dysza, 3 - doprowadzenie wody ze 4 - komora mieszania, 5 - strumień wodno-ściemy

ścierniwem,

Pr ze c i n a n i e s t r u n ą znajduje zastosowanie w przypadku materiałów trudno obrabialnych, niemetalowych, takich jale monokryształy, ferryty, półprzewodnik.i, ceramika, kompozyty i inne. Narzędziem w przecinaniu strunowym jest drut pokryty ziarnem diamentowym lub regularnym azotkiem boru. Struna może być zbrojona na

3. Przygotowanie

półfabrykatów

69

do obróbki

pełnym

obwodzie (rys. II-28a) lub na jego połowie (rys. II-28b). Niewielka szerokość struny i wynosząca około J ,O mm, ogranicza w znacznym stopniu nagrzewanie przedmiotu i narzędzia. cięcia odpowiadająca średnicy

A- A

b}

_!J Rys. ll-28. Struna pokryta ziarnem: a) na

pełnym

obwodzie, b) na

połowie

obwodu

Cięcie

a n od o w o - mechaniczne jest uniwersalną metodą cięcia, pozwalana wydajne cięcie zarówno materiałów twardych jak i miękkich przewodzących prąd elektryczny. Jest to technologia materiałooszczędna, szczególnie ze względu na niewielką szerokość szczeliny cięcia. Przy zastosowaniu narzędzia o wysokości 1,0 mm szerokość szczeliny nie przekracza 1,85 mm. W procesie cięcia anodowo-mechanicznego przedmiot obrabiany stanowi w obwodzie prądu anodę, natomiast narzędzie katodę. Narzędziem jest tarcza wykonana ze stali zwykłej jakości (rys. Il-29). Proces odbywa się przy doprowadzeniu do strefy cięcia elektrolitu, którym najczęściej jest roztwór szkła wodnego sodowego. Jedynym powodem, że ten sposób cięcia jest zaliczany do metod niekonwencjonalnych jest elektrolit, który w eksploatacji stanowi negatywną cechę tej technologii. jącą

:18•26 V

+

I -

Rys. Il-29. Schemat cięcia anodowo-mechanicznego przedmiot obrabiany, 2 - tarcza stalowa, 3 - elektrolit. v1 - prędkość posuwu

Obrób ka e I e k t ro er o z y j n a wykorzystuje w kształtowaniu różnych powierzchni wyładowania elektryczne w diaelektryku. Główne sposoby tej obróbki to drążenie i wycinanie. Drążenie elektroerozyjne znajduje zastosowanie przy produkcji matryc, fonn i kokili. Wadą tego sposobu obróbki jest kłopotliwe wykonawstwo

70

U.

Półfabrykaty

elektrod, zwłaszcza elektrod kształtowych, i ich zużycie. W większości przypadków stosuje się do obróbki zgrubnej elektrody grafitowe, a do wykańczającej miedziane. W ostatnich latach tradycyjne drążarki elektroerozyjne zostały zastąpione wycinarkami (rys. Il-30). Elektrody kształtowe zostały wyparte przez drut. Sterowanie numeryczne ruchami stołu pozwala na wycinanie dokładnych kształtów. Na tego typu obrabiarkach można uzyskać chropowatość powierzchni wycinanej do R0 = 0,6 µm, a tolerancję wycinanego kształtu w granicach 10 µm. Dzisiejsze obrabiarki elektroerozyjne charakteryzują się dużą wydajnością, dochodzącą do 300 mm2/min, dzięki wyposażeniu ich w sterowanie numeryczne oraz systemy kontrolne, które nastawiają moc generatora odpowiednio do erodowanej powierzchni.

Rys. H-30. Elektroerozyjna wycinarka drutowa EWEB 40 CNC, produkcji JOS

Prostowanie. Prostowanie może dotyczyć półfabrykatów, np. prętów walcowanych lub przedmiotów już częściowo obrobionych. Operacje te dotyczą przedmiotów mało sztywnych, szczególnie po obróbce cieplnej, a przed obróbką wykańczającą. Prostowanie wykonuje się z reguły na zimno i wtedy kiedy to jest konieczne. Pogięty półfabrykat powoduje bowiem nierównomjeroy rozkład naddatków, zmniejsza dokładność wykonania, a w skrajnym przypadku prowadzi do wybrakowania przedmiotu. Prostowanie odbywa się najczęściej na prasach uniwersalnych bądź też na budowanych w tym celu prasach specjalnych. Całe pręty prostuje się na specjalnych prostownicach rolkowych (rys. II-31 ).

3. Przygotowanie

półfabrykatów

do obróbki

71

2

Rys. D-31. Prostarka do wałków I - pręt, 2 - obracająca się rama Nakiełkowanie.

Nakielkowanie dotyczy w przeważającej większości półfabrykatów. które są przeznaczone na części klasy wałek. W półfabrykatach tych wykonuje się bazy obróbkowe jakimi są nakiełki. Służą one do ustalenia przedmiotu w kłach. W normie PN-83/M-02499 przewidziano trzy rodzaje nakiełków (rys. II-32). Wymiary nakiełków dobiera się wg normy w zależności od średnicy walka.

Rys. JI-32. Typy

nakiełków

znormalizowanych: a) odmiana A - nakiełki zwykle, b) odmiana B chronione, c) odmiana R - nakiełki łukowe

Nakiełki zwykłe

nakielki

stosuje się do przedmiotów, od których nie wymaga się dużej Lub w tych przypadkach, gdy nakiełki będą usunięte. Nakiełki chronione są powszechnie stosowane do części kl.asy waJek. Sfazowanie pod kątem 120° chroni powierzchnie pracujące nakiełków i nie dopuszcza do wypłynięcia materiału, dzięki czemu powierzchnie czołowe walka pozostają gładkie. Nakiełki łukowe wykorzystywane są bardzo rzadko; stosuje się je do materiałów trudno obrabianych. KsztaJr nakiełka pozwala na zwiększenie sztywności narzędzia służącego do jego wykonania. dokJadności.

Rys. Il-33.

Nakiełczarka

dwustronna

72

11.

Półfabrykaty

Nakiełkowanie można przeprowadzić na różnych obrabiarkach. Najlepiej przystosowane do ich wykonania są nakiełczarki (rys. II-33), które mogą pracować jako jednostronne lub dwustronne. Wykonanie nakiełków na tych obrabiarkach jest najbardziej poprawne, gdyż zapewnia uzyskanie ich współosiowości oraz ich stały rozstaw (rys. II-34). Obok nakiełczarek budowane są frezarko-nakiełczarki (rys. II-35), na których poza nakiełkami można również przeprowadzić obróbkę powierzchni czołowych wałka. W produkcji jednostkowej i małoseryjnej, przy braku nakiełczarek, można wykonać nakiełki na tokarkach, wiertarkach a w przypadku dużych gabarytowo wałków na wiertarko-frezarkach.

t--: -·- ~-

Rys. 11-34. Rozstawienie l nakiełków jednakowe dla całej serii

Rys. Il-35. Schemat pracy

frezarko-nakiełczarki

a)

~~ Rys. 11-36. Nawiertark.i do wykonania

nakiełków:

a) nawiertak do chronionych

nakiełków zwykłych,

b) nawiertak do

nakiełków

Typowym narzędziem do wykonywania nakiełków jest nawiertak. Istnieją nawiertaki do nakiełków zwykłych (rys. II-36a) i chronionych (rys. II-36b). Jeśli brak nawiertaków, nakiełki można wykonać stosując wiertło i pogłębiacz (nakiełek zwykły), bądź wiertło i dwa pogłębiacze (nakiełek chroniony).

3. Przygotowanje

półfabrykatów

do obróbki

73

b. PRZYGOTOWANIE PÓŁFABRYKATÓW WALCOWANYCH Duży zakres prac przygotowawczych dotyczy półfabrykatów walcowanych w postaci kształtowników (kątowników, teowników, ceowników), rur, blach, które są przeznaczone na konstrukcje spawane i nie podlegają obróbce lub jest ona niewielka, a w końcowej fazie procesu będą malowane, w celu zabezpieczenia przed korozją. Najwłaściwszy proces technologiczny w takich przypadkach polega na oczyszczeniu tych półfabrykatów na całej długości, wstępnym pomalowaniu, a dopiero w następnej kolejności prowadzeniu dalszego procesu. Oczyszczanie odbywa się najczęściej przez śrutowanie lub piaskowanie. Ścierniwem w procesach oczyszczania może być: piasek krzemowy lub kwarcowy, elektrokorund, węglik krzemu, śrut Jub kulki szklane.

I

II

!

II

1...-+-J

5

~ stanowisko obsługi

<:::= kierunek ruchu oczyszczonych wyro"r:i:tw

Rys. ll-37. Linia oczyszczania rur (opis w tekście)

Na rysunku Il-37 przedstawiono linię oczyszczania rur. Linia ta składa się z nastanowiska 1 do podawania wyrobów na przenośnik wałkowy, przenośnika wałkowego 2, suszarki płomieniowej 3, oczyszczarki komorowej 4, przenośnika poprzecznego 5, stanowiska 6 do odbierania wyrobów. stępujących urządzeń:

c. PRZYGOTOWANIE ODLEWÓW Proces oczyszczania za pomocą piaskowania lub śrutowania dotyczy także odlewów, których powierzchnie po odlaniu są zabrudzone, głównie masą fonnierską. Odlewy ponadto powinny być wyżarzone w celu usunięcia naprężeń odlewniczych powstałych

74

U.

Półfabrykaty

w wyniku nierównomiernego stygnięcia. Duże gabarytowo odlewy podlegają niekiedy skórowaniu, tj. usunięciu zewnętrznej warstwy naskórka odlewniczego. Dotyczy to zwłaszcza odJewów na bardziej odpowiedzialne części, które sprawdza się, czy nie mają pęknięć np. metodą badań defektoskopowych. Wlewlci w odlewach podlegają odcięciu. Wykonuje się to na różnego typu przecinarkach.

d. PRZYGOTOWANIE ODKUWEK Częstym

zabiegiem stosowanym zwłaszcza do odkuwek wykonanych ze stali o wysokiej zawartości węgla, jest wyżarzanie zmiękczające. W odkuwkach matrycowanych odcięciu podlegają wypływki. Odkuwki o wydłużonym kształcie i małych przekrojach prostuje się na zimno lub gorąco. Prostowanie to polega na dognieceniu odkuwki na prasie w specjalnym wykroju.

e.

STĘPIENIE

OSTRYCH KRA WĘDZI

W procesie przygotowania półfabrykatów w postaci odlewów i odkuwek po odcięciu nadlewów lub wypływek pozostają ostre krawędzie, które w dotychczas stosowanej technologii były usuwane za pomocą szlifowania na szlifierkach tarczowych. Proces ten powodował silne drgania i wywoływał chorobę wibracyjną. Praca przebiega znacznie spokojniej, jeśli tego typu operację wykonuje się na szlifierce taśmowej. Uniwersalną szlifierkę taśmową prostej konstrukcji, do prac ręcznych, przedstawiono na rys. Il-38. Głównym.i elementarni takiej szlifierki są: rolka napinająca taśmę ściemą i tarcza dociskowa. Na szlifierce taśmowej stępienie ostrych krawędzi i usunięcie zadziorów odbywa się przez ręczne dociśnięcie przedmiotu do taśmy ściernej na tarczy dociskowej. W niektórych przypadkach wykonuje się ten zabieg na swobodnie biegnącej taśm.ie.

Usuwanie zadziorów i stępienie ostrych krawędzi może odbywać się metodami tradycyjnymi, do których należy zaliczyć: obróbkę ręczną za pomocą pilnika. obróbkę mechaniczną za pomocą frezów, różnych odmian pogłębiaczy, ściernic trzpieniowych itp. Obróbka ręczna jest bardzo pracochłonna i dlatego jest stosowana do części drobnych w produkcji małoseryjnej. Prace ręczne można zmechanizować przez zastosowanie wiertarek z napędem mechanicznym i szlifierek prowadzonych ręcznie z wykorzystaniem frezów, pogłębiaczy i ściernic. Tego rodzaju obróbkę stosuje się przede wszystkim do części gabarytowo dużych. W produkcji seryjnej i wielkoseryjnej stępienie ostrych krawędzi części drobnych odbywa się w pojemnikach za pomocą luźnych kształtek ściernych. Istnieje wiele urządzeń do obróbki takimi kształtkami. Wspólną ich cechą jest wzajemny ruch częś­ ci obrabianych i kształtek ściernych, który może być mniej lub bardziej intensywny. Najprostszymi konstrukcyjnie i najpowszechniejszymi są wygładzarki rotacyjne (rys. Il-39).

3. Przygotowanie

półfabrykatów

Rys. TI-38. S7.lifierka

Rys. U-39. I -

do obróbki

75

taśmowa

Wygładzarka

strefa unoszenia. 2 -

rotacyjna linia zsypu, 3 -

strefa

zsypu Jedną

z metod stosowanych do oczyszczania powierzchni, usuwania zadziorów, ostrych krawędzi jest frezowanie igłowe. Frez igłowy jest szczotką drucianą specjalnej konstrukcji (rys. II-40). Każdy drucik freza igłowego jest traktowany jako mikroząb skrawający. Ostrza mikrozębów utworzone z promieniowo ustawionych drucików tworzą bardzo dużą liczbę krawędzi skrawających. Istotną cechą tego narzędzia jest zdolność samoostrzenia. W czasie pracy następuje stępienie jednej krawędzi skrawającej stępienia

76

Il.

Półfabrykaty

każdego

drucika i w tym samym czasie zaostrzenie drugiej. Po osiągnięciu określonego wystarczy zmienić kierunek obrotów freza igłowego lub obrócić narzędzie na osi wrzeciona o 180°, ażeby uzyskać stan początkowy. Obróbka frezami igłowymi może znaleźć zastosowanie na obrabiarkach uniwersalnych, takich jak frezarki. szlifierki, oraz na tokarkach przy odpowiedniej ich modernizacji. Budowane są również specjalne urządzenia, w których może równocześnie pracować kilka frezów.

stopnia

zużycia

Rys. 11-40. Frez

igłowy

Rozdział

III

„ RODZAJE NADDATKOW I CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE ,,. ,,. NA ICH WIELKOSC

Obróbka wiórowa półfabrykatów części maszyn powoduje, że duża objętość materiazamienia się w wióry. W wielu przypadkach wióry stanowią do 60% masy półfab­ rykatu, co wynika głównie z nadmiernych naddatków materiałowych. Z powodu zbyt dużych naddatków gospodarka ponosi znaczne straty, nawet jeżeli się uwzględni tylko straty materiałowe. W rzeczywistości straty te są znacznie większe, gdyż należy jeszcze uwzględnić koszty robocizny. energii i inne. Podczas obróbki skrawaniem powstają również pewne błędy (por. rozdz. V), ale są one bez porównania mniejsze od błędów wymiarowo-kształtowych związanych z innymi technologiami. Straty materiału tworzą się również w wyniku przecinania prętów na krótsze odcinki. W tych przypadkach powstają także odpady. łu

„ 1. WIELKOSCI PODSTAWOWE W ODNIESIENIU DO NADDATKÓW Rozróżnia się

naddatki całkowite i naddatki operacyjne. N ad datek cal ko w i ty na obróbkę jest określony grubością warstwy usuwanej w procesie obróbki. Naddatek kompensuje błędy wymiarowo-kształtowe, wady powierzchniowe i podpowierzchniowe występujące w poszczególnych etapach wytwarzania i spowodowane niedokładnością metod oraz urządzeń technologicznych. Wartość naddatku całkowitego stanowi różnicę wymiaru półfabrykatu i wymiaru gotowej części (rys. ID- l ). Minimalna zatem, uzasadniona wartość naddatku jest określona odpowiednią sumą wartości błędów i grubości warstw wadliwych i jest zależna od stosowanych metod, środków i warunków technologicznych w całym procesie produkcyjnym okreś­ lonej części, obejmującym wykonanie półfabrykatu oraz obróbkę skrawaniem. Tolerancja wymiaru półfabrykatu jest jednocześnie tolerancją wymiaru naddatku całkowitego na obróbkę oraz naddatku na pierwszą operację. Tolerancja wymiaru półfabrykatu może obejmować odchyłkę dodatnią (+) i ujemną (-). Przy ustaJaniu naddatku dla pierwszej operacji bierze się pod uwagę (wlicza się) tylko odchyłkę w głąb materiału, tj. odchyłkę (-) dla powierzchni zewnętrznych oraz odchyłkę (+) dla otworów.

ru. Rodzaje naddatków i czynniki wpływające na ich wielkość

78

Opl

na obróbkę skrawaniem a, b - wymiary gotowej części, C,„ Cb, C, - cał­ kowite naddatki na obróbkę, aP1, br! - wymiary półfabrykatu , C2, C, - naddatki na pnecinanie Rys. III- I. Naddatek

całkowity

91m0l< 9 1nom

Cnom fkrom >-::

93nom

Rys. IIl-2. Slruktura naddatku całkowitego jednostronnego na obróbkę powierzchni zewnętrznej odpowiednio wartości tolerancji wymiarow0-ksztaltowych półfabrykatu , obróbki zgrubnej, kształtującej i wykańczającej

Tri" T 1, T2 i T 3

(i-)

H Ta

Rzo

91nom

Wa

ł-

Sa•er

:;E"

r, itd.

Rys. lU-3. Struktura naddatku operacyjnego g, 110"' jednostrOnnego na powierzchni

zewnętrznej

l.

Wielkości

Konsekwencją konieczności

79

podstawowe w odniesieniu do naddatków podziału

obróbki na obróbkę zgrubną, jest podział naddatku całkowitego na

stosowania

kształtującą (półwykańczającą) i wykańczającą naddatki operacyjne. N ad d at e k o p e rac y j n y jest określony grubością g warstwy obejmującej wadliwość powierzchni i materiału, usuwanej w czasie wykonywania operacji. Wartości naddatku operacyjnego określa się różnicą wymiarów otrzymywanych w dwóch kolejnych operacjach. Tolerancję wymiarową naddatku operacyjnego stanowi tolerancja wymiaru nominalnego operacyjnego danej powierzchni, odniesiona w głąb materiaŁu obrabianego. Naddatek całkowity C na obróbkę jest zalem sumą algebraiczną naddatków operacyjnych. W przypadku naddatków jednostronnych i asymetrycznych jest sumą głęboko­ ści warstw skrawanych w kolejnych operacjach, zbiegach Lub przejściach obróbkowych (rys. III-2). Strukturę naddatku operacyjnego przedstawiono na rys. ID-3. Naddatek ten jest

3

--·- -..-~~---)~i (1- f_ - --- -- ·-- =-_Rys. llI-4. Struktura

błędu

odchylenia (przemieszczenia) przestrzennego wzajemnie powierzchni na przykładzie walka

związanych układów

B

.-------_,,,__ _ _ _ _....., 8ozo wymiarowo I nastawcza dla A

~--r--~..._~...,,...,,__~-=c+-do

o

obróbki

pow A

norzędz10

o o

Bazo obróbkowa

oporowa ~ ~

części

i kontrolno dlo wym1or.ux

_.....,..,,_......__,,,__/""..,.__"'-'.____......_..__o obrobce ~cs-~~~--v-v~------"--"'"~_,.._,,

><: h ! Ti, - a ,

eb: T,, , gdzie r,, - tolerancjo wymiaru h Rys. Ill-5. Wyja§nienie

blędu

bazowania eb

80

Ill. Rodzaje naddatków i czynnild

wpływające

na ich

wielkość

odpowiednią sumą maksymalnych spodziewanych błędów i grubości warstw wadliwych i wynosi przy naddatkach na jedną stronę, czyli naddatkach niesymetrycznych:

a przy naddatkach na dwie strony, czyli naddatkach symetrycznych:

2g

=T

0

+2(R.,,,+W )+2(S +e:), 0

0

gdzie T0 - tolerancja wymiaru dla poprzedniej operacji mierzona w głąb materiału, RtJI - normatyw średnfoj wysokości chropowatości powierzchni dla poprzedniego zabiegu obróbki, W0 normatyw głębokości warstwy wadliwej materiału dla poprzedniego zabiegu, S0 - nonnatyw wypadkowego odchylenia przestrzennego wzajemnie związa­ nych powierzchni części obrabianej, spowodowanego w poprzednim zabiegu obróbki (rys. III-4), e: - normatyw błędu ustalenia części w wykonywanej operacji, obejmujący błąd bazowania (ustalenia) (rys. III-5) i błąd zamocowania części (rys. III-6).

A-powierzchnie obrobione

F1 < ~ -

siły

mocowania

Rys. III-6.

Wyjaśnienie błędu

zamocowania e=

Rys. 111-7. Strata materiału , naddatki i tolerancje wymiarów przy przecinaniu wymiar długości półwyrobu: T 1 - tolerancja wymiaru /0 0 m; C1 m.n• C 100 m. C101 „ - minimalny. nominalny i maksymalny naddatek na wyrównanie powierzchni czołowej, S - błąd nieprostopadlości powierzchni czołowej do osi materiału ; C2 - strata na przecinanie /

m 00

L

Wielkości

podstawowe w odniesieniu do naddatków

81

N ad datek C 2 n a prze c i n a n i e jest to strata technologiczna materiału przecinanego o wartości równej szerokości szczeliny przecięcia (rys. UI-7), czyli C2

= B+b,

gdzie B - maksymalna szerokość ostrza narzędzia przecinającego, b - bicie osiowe ostrzy lub materiału przy przecinaniu. N ad datek n a o br ó b kę p o w i er z c h n i c z o ł owej jest ściśle zwią­ zany z procesem przecinania materiału. Jest to typowy naddatek C na obróbkę, obejmujący błędy wymiarowo-kształtowe oraz wady powierzchniowe i podpowierzchniowe występujące przy przecinaniu (rys. Ill-8).

--,

\

\

\ \

\

\ _\_

L

\

\

I

\

\

I

\

1

\

I I

e

\

\

\

\

\ \ \

\

Tj/2

Sa

91

g'

Rys. ffi-8. Naddatek C 1 na obróbkę powierzchni czołowej po prz.ecinaniu naddatek na obróbkę zgrubną, naddatek na obróbkę kształtującą, naddatek na wykańczającą. ( - wymiar długości części po obróbce. T- tolerancja wymiaru l; S. R.. W. e rys. lll-3

.~;

g; -

-

c; -

lu

w

Rys.

m-9.

Odpad C 4 na uchwycenie

obróbkę

jak na

82

111. Rodzaje naddatków i czynniki

wpływające

na ich

wielkość

O d p a d o długości C4 na uchwycenie jest to strata technologiczna mateńalu przy odcięciu z pręta (rury) zamocowanego w uchwycie ostatniego pół­ wyrobu. Odpad ten jest konieczny do uchwycenia w czasie obróbki. Długość odpadu (końcówki) oblicza się jako sumę (rys. ill-9): występująca

C4

:::

l,,+w,

gdzie I. - nonnatyw technicznie uzasadnionej, minimalnej długości materiału pręto­ wego, pozostającej w uchwycie i gwarantującej odpowiednią dokładność i bezpiecze11stwo zamocowania przy obróbce ostatniej części albo przy odcinaniu obrobionej części lub półwyrobu, w - normatyw minimalnej bezpiecznej odległości narzędzia przecinają­ cego od uchwytu materiału przecinanego.

2. OBLICZENIE LICZBY NIEZBĘDNYCH OPERACJI OBRÓBKOWYCH Liczbę niezbędnych

wymaganego wzrostu

operacji obróbkowych można określić, obliczając powierzchni w wyniku obróbki:

wskaźnik

K,

dokładności

K o

=TP!

T'

gdzie Tpf wartość tolerancji półfabrykatu (półwyrobu), T - wartość tolerancji wymiaru maksymalnej średnicy zewnętrznej gotowej części. W przybliżeniu przy

K0 < l O można stosować jedną operację, 1O< K 0 ~ 50 powinno się stosować dwie operacje, K0 > 50 powinno się stosować trzy operacje.

„ 3. NORMATYWY NADDATKOW NA SKRAWANIEM

„

OBROBKĘ

Dobór właściwych naddatków, zapewniających z jednej strony uzyskanie przedmiotów dobrej jakości bez jakichkolwiek wad materiałowych, z drugiej strony gwarantujących jak najmniejsze zużycie materiału, jest zagadnieniem trudnym, ale należącym do podstawowych zadań technologa. W produkcji jednostkowej i małoseryjnej wyrobów, dla których półfabrykatami są odlewy lub odkuwki, przyjmuje się naddatki z polskich norm podających całkowity naddatek na obróbkę (por. rozdz. IT) . Dla półfabrykatów hutniczych (np. prętów walcowanych) technolodzy opracowują normatywy zakla
3. Normatywy n:lddatków na

obróbkę

skrawaniem

83

- obliczenie wskaźnika K0 wymaganego wzrostu dokładności na podstawie wartotolerancji wymiaru półfabrykatu i wartości tolerancji wymiaru końcowego danej powierzchni; - znając wskaźnik K0 i warunki produkcyjne, należy obliczyć liczby operacji, zabiegów lub przejść obróbkowych potrzebnych do osiągnięcia wymaganej dokładności i jakości powierzchni; na tej podstawie uzyskuje się liczby i rodzaje naddatków operacyjnych; - obliczenie wartości nominalnej naddatku operacyjnego na pierwszą operację, obróbkę zgrubną na podstawie normatywów spodziewanych błędów półfabrykatów: ~11, R:cJ• Wpf> SP! oraz błędu ustalenia części obrabianej w pierwszej operacji (Tp1 - wartość tolerancji wymiaru dla półfabrykatu, R::pf - normatyw średniej wysokości chropowatości powierzchnj dla półfabrykatu, W,,1 normatyw głębokości warstwy wadUwej półfabrykatu, S"1 normatyw wypadkowego odchylenia przestrzennego wzajemnie związanych powierzchni); - obliczenie wartości nominalnej naddatku operacyjnego na następną operację (zabieg), na obróbkę kształtującą, na podstawie normatywów spodziewanych błędów dla obróbki zgrubnej: Tl' R, p WJ> S1 oraz ewentualnie błędu ustalenia; - obliczenie wartości nominalnej naddatku operacyjnego na operację (zabieg) obróbki wykańczającej; - obliczenie wartości nominalnej naddatku całkowitego na obróbkę danej powierzchni jako sumy wartości nominalnych naddatków operacyjnych i ewentualne zaokrąglenia wartości obliczeniowej. Bardzo cenną pomocą dla technologów są tabli.ce* normatywów naddatków na obróbkę skrawaniem, opracowane na zasadzie podanej przez Instytut Obróbki Skrawaniem w Krakowie. Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje normatywów: normatywy podstawowe składowe oraz normatywy naddatków operacyjnych, które są opracowane z mniejszą dokładnością (produkcja seryjna) lub dużą dokładnością (produkcja wielkoseryjna i masowa) dla ściśle określonych warunków produkcji. W n o r m at y w a c h p o d st a w o w y c h s k ł a d o w y c h zawarte są wartości tolerancji wymiarów technologicznych, głębokości warstw wadliwych, wysokości chropowatości powierzchni, błędy odchyleń przestrzennych i błędy ustalania obrabianych części. Przykład w ten sposób opracowanych normatywów podstawowych składo­ wych przedstawiono w tabl. ll-5. Forma ujęcia n o r maty w 6 w n ad dat k 6 w o p e rac y j n y c h jest analogiczna do formy ujęcia normatywów podstawowych, z tym że zamiast wartości błędów występują naddatki na poszczególne rodzaje obróbki. Przykład opracowanych normatywów naddatków operacyjnych przedstawiono w tabl. UI-6. ści

• Wydane one zostały w kolejnych zeszytach przez Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego „Wema" w łatach 1983- 1990.

Tablica

m-1.

Naddatki na

obróbkę

powierzchni

zewnętrznych

mm

<10

10+18

18+30

30+50

Stan

watość

powierzchni R0 , µm do

Rodzaj obróbki

toczenie zgrubne toczenie hztaltujące szlifowanie klowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezkłowe szlifowanie bezkłowe

20 2.5 0,63 0.63 0,63 0,63

toczenie zgrubne toczenie ksztattujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezkłowe szlifowanie bezkłowe

20 2,5 0,63 0.63 0.63 0,63

toczenie zgrubne toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezkłowe szlifowanie bezkłowe

20

toczenie zgrubne toczenie ksztaltujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezklowe szlifowanie bezklowe

długość,

rnareriału

obrabianego

20 2.5 0.63 0,63 0.63 0.63

2.5 0.63 0,63 0,63 0,63

małoseryjna

Produkcja jednostkowa i

Chropo-

Średnica nominalna d,

walcowany

miękki

twardy miękki

twardy walcowany

miękki

twardy miękki

twardy walcowany

miękki

twardy miękki

twardy walcowany

miękki

twardy miękki

twardy

Odchyłka

mrn

wykonania, 1600+ mrn +2500

do 100

100+ +250

250+ +400

400+ +630

63()+ +1000

2.5 0.9 0.3 0,3 0.3 0,3

3.0 l.O 0.3 0.4 0.3 0.3

3.0 1.2 0.4 0.4 0,3 0,3

3.5

-

0,4 0,5 0,3 0.4

-

2,5 1,0 0,3 0,3 0,3 0,3

3.0

3,0 L.2 0.4 0.4 0.3 0,3

3.5 J,4 0.5 0.5 0,3 0.3

4,0 1,7 0,5 0.7 0,4 0.5

-

-

-

-

-

-

-0.4 -0, 12

4,0 1,6 0.5 0,5 0.4 0,4

4,5 1.8 0.6 0,7 0,4 0.4

5.5 2,2 0.7 0,9

4,0 l.7 0.4 0.6 0.4 0.4

4.5 2,0 0,6 0,7 0,4

I.I 0.4 0.4 0.3 0.3

3.0 1.2 0,3 0.4 0.3 0,3

1.3

3.5 l.4

0,4 0.4 0.3 0.3

0.5 0.3 0.3

3,0

3.5

3.5

J,3

1.4

1.5

0,4 0,4 0.3 0.3

0.4 0.4 0,3 0.3

0.4 0,5 0,3 0.4

3.0

0.4

1.3

0,5

I()()(}+

+L600

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-0.3 -0.l

-0,06

-

-0,07

-

-

-

-

-

-

5,5 2.4 0.7 0,9

7.0 3.0 I.O 1.2

-0,6 -0,17

-

-

-0.J

-

-0,5 -0,14

-0,08

-

-

-

20

2.5 50+80

0,63 0,63 0,63 0.63 20 0,63 0,63 0,63 0,63

toczenie zgrubne toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bez.kłowe szlifowanie bezkłowe

20 2.5 0.63 0.63 0.63 0,63

toczenie zgrubne toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezkłowe szlifowanie bezkłowe

20 2.5 0,63 0,63

1ocz.enie zgrubne toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe

2.S 0,63 0,63

toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe

2,5 0,63 0.63

toczenie kształtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe

2,5 80+120

120+180

180+260

260+360

360+500

toczenie zgrubne toczenie ksz.całtujące szlifowanie kłowe szlifowanie kłowe szlifowanie bezkłowe szlifowanie bezkłowe

walcowany

miękki

3,5

o.s

0.S 0.4 0.4

0,6 0,4 0.4

0,4 0,5

-

4,5 1.9 0.5 0.5 0,4 0.4

5,0 2.l 0,6 0,6 0,4 0,4

6.0 2.3 0,7 0.8 0.5 0.5

7,0

6,0 2,2 0,6 0,7 0,4 0,5

7.0 2.5 0,7 0.8 0.5

8,0 3.0

0,4

5,5 2.0 0,5 0,6 0,4 0,4

5,5 2,0 0,5 0.5

6,0 2.2 0.5 0.6

6,0 2,3 0.6 0,6

2.3 0,5 0.5

2.4 0.6 0.6

2.5 0.6 0.6

2.6 0,6 0.6

miękki

0.4 0.4 0,3

lwarJy

OJ

walcowany

4,0 1,6 0.4 0,4 0,3 0,3

twardy

miękki

twardy miękki

twardy walcowany

miękki

twardy miękki

twardy walcowany

miękki

twardy

miękki

twardy

miękki

twardy

3,5 1,6

4,0 1,7 0,5

l,5

5,0 1.8 0,5 0,5 0.4 0,4

0,4 0,5 0,3 0,4

4.5

l.7 0.5 0,5 0.4 0,4 5,5 1,9

o.s 0,5 0,4

4.5 1,9

5.0 2,1 0,6

0.7

6.0

7.5

-

2.6 0.8 1,0

3.2

-0,7

1,0

-0.20

1.3

-

-

-0.12

-

-0,8 -0.23

I.O

8.0 3.4 1.1 1.3

-

-

2,8 0.8

-

0,8

LO

9,0 3,5 1,1 1,3

o.s

-

-

-

7,0 2,4 0,6 0,7

7.0 2.7 0,7 0.8

8,0 3.2 0,9

10,0 3,8 1,1 l.3

2,5 0,6 0.6

2,7 0,7 0,7

2.9 0,8 0.9

3,4 0,9 I, I

4,0

2,8 0,6

2,9 0,7 0,8

3,2 0.8 0,9

3,6 I.O I.I

0,7

I.O

-

-

-0,14

-1,0 -0,26

-0.16

-

-1,2 -0,3

-

l.2

-1,4 -0.35

1,4

-

4,2 1.2 1.4

-1.6 -0,4

-

86

ITI. Rodzaje naddatków i czynnik.i wpływające na ich wielkość

Tablica ill-2. Naddatki na Chrapowa rość Średnica nominalna powierzchotworu, ni R", mm µm do <8.0

0,63

obróbkę

otworów Produkcja jednostkowa i małoseryjna StllII

Rodzaj obróbki

obrabianego rozwiercanie

miękki

wykańczające

0,63 0,63 2,5

długość,

materiału

miękki

Odchylkn,

mm

mm

do 63

63+ + 100

100+ +160

160+ +250

O.I+ +0.2 0,3 0,3

-

-

-

-

-

-

-

-

szlifowanie szlifowanie

utwardzony

toczenie

miękki

1,3

-

-

-

miękki

0.8+ +I.O 0,2+ +-0,25 0,4 0,4

-

-

-

-

-

-

-

-

+O,J

kształtujące

2,5 8,0+18

0.63

rozwiercanie zgrubne rozwiercanie

miękki

wykańczające

0,63 0,63

szlifowanie szlifowanie

utwardzony

2,5

toczenie

miękki

J,4

1.4

-

-

miękki

1,0+ +1,25 0,25

1,0+ +1.25 0,25

-

-

-

-

utwardzony

0,4 0,4

0.5 0,5

-

-

miękki

1.5

1,6

1,6

-

miękki

1,25+ +J,5 0,25+ +0,5

1,25+ +1,5 0,25+ +-0.5

1,25+ +1,5 0.25+ +0.5

-

-

miękki

+0,2

kształtujące

2.5 18+30

0,63

rozwiercanie zgrubne rozwiercanie

miękki

+0,3

wykańczające

0.63 0,63

szlifowanie szlifowanie

2,5

toczenie ksztal tuj ące rozwiercanie zgrubne rozwiercanie

2,5 30+50

0,63

miękki

miękki

wykańczające

-

1

+0.35

p

0.63 0.63

szlifowanie szlifowanie

miękki

0,5

0,5

0,5

utwardzony

0,5

0,5

0,6

-

2,5

toczenie

miękki

1,7

1,7

1,8

1,9

2,5

rozwiercanie zgrubne rozwiercanie

miękki

1,5+ +2.0 0,5+ +1,0 0,5 0,5

1,5+ +2,0 0,5+ +l,O 0,5 0,6

1,5+ +2.0 0,5+ + 1,0 0.6 0,7

1,5+ +2,0 0,5+ +1,0 0.6 0,7

kształtujące

50+15

0.63

miękki

wykańczające

0,63 0,63

szlifowanie szlifowanie

miękki

utwardzony

+0,4

ł

obróbkę powierzchni czolowJch

Tlllllcl ID·J. Naddatki na

I

Chropo-

Średnica obrabianego pri.edmiotu.

watość

mm

Długość

obrabianego irzedmio1u,

Rodzaj obróbki

powierzchni.

mm
-

-

o.~

-

-

160

-

-

0.2 0.05

20 2,5 0.63

I. I 0,7 0.3

1,2 0.8 0.3

1,3 0,9 0.4

1.5 0,9 0.4

-

o.s

-

0.3 O.I

20 2.5 0,63

I.I 0,9 0.4

1,5 0.9 0.4

1,6 I.O

1.8 1,0

0.4

0.5

1.9 I. I 0.5

0.) O.I

1,8 I .O 0,5

1.9 I. I

2,0 I.I

0.6 0.3

o.s

o.s

2,1 1,2 0.5

1,3

wykańczajijca

20 2.5 0,63

0.6

O.IS

zgrubna

20

2.4 1,2 0.6

2,5 1.3 0,6

2,6 1,3 0.6

2,7 1,4 0.7

2.9 l ,S 0.7

0,4

0.2

2.8 I ,4 0,7

2,9 1.5 0.7

3,0 1.5 0,7

3.2 1,6 0.8

1,0 0.5 0.25

ksziahująca

zgrubna ksztal1ujqca zgrubna ksz1.1ltuJ:ica

kszlahującn

2.5 0.63

wykańczaj:.lca

zg.rubna >500

ponad

1,1 0.8 0,3

wykańczająca

l(i(}ł-500

120+ +260

1,0 0,7 0.3

wykańc•rnjąca

120+260

50+ + 120

0.9 0.6 0.3

zgrubna

.50+120

18+50

20 2.S 0.63

zgrubna k.sztahugca wykańczająca

JS+SO

do 18

µm

Tole· rancja. mm

20 2.5 0,63

kształtująca

wykańcza1ąca

Tablka ill-4. Naddatki na

obróbkę

2.7 1,4 0,7

powienchni

0.5

2.3

0.7

płaskich

Produkcja jednostkowa i seryjna szerokość

"i Końcowy

wymiar

przedmiotu.

~ ~

~

1.9 I.O 0,3

2.4 I .I 0,4 2.5

J,O

I. I

wykańczająca

1,9 1.0 0.3

0.4

1.2 0,4 3,1 1.3 0.5

3.9 1,9 0,6

3,2

1.3

4.0 1.4

0,6

0.6

kształruHca

zgrubna

>50

o ....,

V

8

wykańczająca

30+50

o

V'\

zgrubna

18+30

przedmiotu >200 mm

długość

Rodza1 obróbki

mm

<18

szeroko~

pr.lCdrniotu 200 mm

kształtująca

zgrubna

2.0

kształtująca

I, I

wykańczająca

0.4

2,5 1,2 0.4

zgrubna

2.1 I. I 0,4

2.6 1,2 0,5

kształtuJąca

wykańcz:ljąca

V>

C-1

przedmiotu. mrn

§ ó ""' "'

5.3 1,8 0,8

o,,.,

8 V

8

8 ;;,,., N

N

o ....,

ś '
2.2 1,2 0.3

2,7 1.3 0.4

2.2 1,2 0,4

2.7 1,3 0,4

o.s

2.2 1,3 0,4

2.8 1,4 0.4

3.3 1,5 0,5

4,1 1,6 0.6

2.4

2,9 1.4

3.4 1.5

4,2

0,6

0,7

1.3 0.5

o.s

§

Tolerancja wykonani.i. mm

~

""'

"' 0.3 0,2 0.08

3.2 1,4

0.4

OJ O.I

1.6

0,45 0,35 0,12 5.6 1.9 0,8

0,5 0,4 0,15

Tablica ID-5. Normatywy podstawowe składowe 1

Stal węglowa waJcowana wg PN-87 / H-93200. Pręty prostowane z dopuszczaJną krzywizną 2 mm na I m

2

d Toczenie wałów gładkich, wielostopniowych i drążonych ~.;;: 0,5 d1,

3

Mała sztywność

I

Długość wału

2

Średnia średnica wału

Stal walcowana

toczenie

obrabiarek

obrobionego

I I

I

3

-

Sztywność

sumaryczna obrabiarki

4

Wartość

tolerancji walcowania

5

Ujemna

wartość odchyłki

walcowania

>-------

-

6

Półfabrykat

Wysokość chropowatości Głębokość

7

powierzchni walcowanej

uszkodzonej warstwy wierzchniej

>------

8

Całkowita wartość odchyleń

9

Błędy

- IO

przestrzennych

zamocowania przy obróbce zgrubnej

Największy

zalecany posuw

>------

11 >------

-

12

Obróbka zgrubna

Wartość

tolerancji po obróbce zgrubnej

Wysokość chropowatości Głębokość

13

powierzchni po obróbce zgrubnej

uszkodzonej warstwy wierzchniej

>------

14

Całkowita wartość odchyleń

15

Błędy

- 16

przestrzennych

zamocowania przy obróbce

Największy

kształtującej

zalecany posuw

I

>------

17

Obróbka

>-------

kształtująca

-

18

Wartość

tolerancji po obróbce

Wysokość chropowatości

Głębokość

19

kształtującej

powierzchni po obróbce

7 kształtującej

R

uszkodzonej warstwy wierLchniej

~ł

>-------

20

Całkowita wartość odchyleń

21

Błędy

- 22

zamocowania przy obróbce

Największy

s

przestrzennych wykańczającej

e,

zalecany posuw

I

>-------

-

23 24 25

Obróbka wykańczająca

Wartość

tolerancji po obróbce

Wysokość chropowatości

Głębokość

wykańczającej

powierzchni po obróbce

T wykańczającej

R,

w

uszkodzonej warstwy wierzchniej

I

-

~

4

-

Zewnętrzne

--

---- ---

powierzchnie obrotowe

,____

-

-8

bd=~·

i

-

5

Mocowanie w uchwycie lub tulei zaciskowej -

l

d„

..;;; 3

-1--· - · - · -· - · - · -

I

I

-

I

;.....

mm

d. mm

\

i, N/µm

JT 1

µro

f „ 1un I?,

µrn

10+16

~

l

6.0

o

Ą

'° 6.0

o

'° + ;!; "" .& 6.0

6.0

"'~ "' '° M

6,0

40+63

25+40

16+25

~

~

12

12

~

j,

12

o ~

~-

~

12

12

12

l

63+100

~

~

12

12

M

li'\

"'

100+160

.... § ~ :a+

,...,

~

12

18

18

~

12

~

~ "'""+ ś

18

800 800 800 800 800 900 800 900 1100 900 1100 1500 1100 1500 2•00 1500 2300 3400 500 500 500 500 500 500 500 500 700 500 700 1100 700 1100 150 150 150 150 ISO

150 150 150 150 150

150

)71)()

1100 1700 2500

150 150 150 150 150 150 150

150 150

150

150

150

150

150

l50

150

IV 11m

150

150

150 150

150

S 1un

64

64

64

100 100 160 160 160 262 252 252 400 400 400 400 640 640

JOO

ISO

ISO

ISO

It, µm

220 220

I

O.IO 0.14 0.20 0.14 0.20 0..35 0.20 0.35 0.45 0.35 0,45

mm/obr

l50

270 220 210 320 270 320 370 320 370 420 370 420 500 420 500 600 0.5 0,45 0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

T µm

422 241$ 222 316 248 208 367 238 228 386 249 262 398 291 307 4!0 316 323

R µm

20

20

20

20

20

40

20

40

42

40

42

50

42

50

50

50

50

50

50

50

SO

50

50

50

50

50

SO

50

50

50

50

SO

50

50

50

50

12

5,8 6, 1

19

12

5,7

29

12

11

34

19

18

52

32

27

61

36

32

50

50

60

70

6(J

70

80

70

80

100

80

100 120

100 120

140

w µm s µm t.

µm

f

mm/obr

60

50

o.os

O.IO 0,14 0,08 0.14 0,16 0.16 0.16 0,16 0,16 0,16 O.IS 0,16 0,18 0.20 0.18 0,20 0,22

T µm

148

105

104

14()

I IO

104 158 107

R µm

10

20

20

20

20

20

20

w

11m

25

25

25

25

25

25

s

µm

6.7

4.4

5.l

7.2

6.1

t.

µm

25

25

JO

25

30

I

mm/obr

o.os

0.05

0.()3 0.06

104 134 106 104

126 107

106

146 134 134

20

20

20

20

20

20

20

20

20

zo

20

25

25

25

25

25

25

2.5

25

25

25

25

25

1,7

l.4

3.5

3.0

6.8

3.5

.i.o

6.5

4.6

4,9

5,9

4,2

4,6

)5

JO

35

40

35

40

50

40

50

60

50

6{)

70

o.os o.os o.os

O.LO O.IO O.IO O.IO 0,10 O.IO O.IO O.IO O.IO O.IO O.IO

T µm

55

39

38

52

4l

43

6
43

46

55

47

46

52

-16

46

49

-18

SO

R.

µm

6,3

6.3

6,3

6,3

6,3

6.3

6,3

6.3

6.3

6.3

6.3

6.3

6,3

6.3

6.3

6,3

6.3

6.3

w

µm

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Tablica DI-6. Normatywy naddatków operacyjnych Materiał

Srał węglowa

-

półfabrykat

Toczenie i wytaczanie (powierzchni obrotowych)

walcowana wg PN-87 / H-93200

walów

gładkich

pełnych

i

prostowane z dopuszczalną 2 mrn na I m i powyżej Klasa

dokJadności

Chropowatość

-

I

2 3

części

Na1więksw

Najmniej~za mywno~ć

sumaryczna obrabiarki

Największy

6 ,_______ 7

-

•redruca lCwnętnna części obrobionej

5

,_______ Obróbka zgrubna

8 9

Klasa

dopustczalny posuw

dokładności

po obróbce zgrubnej

Parametr chropowaiofo po obróbce zgrubnej

ks1taltująca

Na1większy

średnice

dopuszc:zalny posuw

dokładno~ci

ksztaltująceJ

10+16

mm

d

J,

średnice

Norrunalny naddatek na Obróbka

I

obrobionej

Normalny naddatek na

2g,

/,

mm N/ µm

1 "' Ń 6.0

J.6 O.IO

....+

:::>

.,;

~

-

.,;

,..,+

~

"' -i.

.,;

~

-

"' -~

6.0

6.0

6.0

6.0

12

6.0

6.0

12

12

1.6

1,6

l.7

2.0

....

1.6

1.6

1.6

1.7

1.7

0.14 0.20 0, 14 0.20 0,355 0.125 0.20 0,355

"f

V> N

0.355

13

14

13

12

13

13

12

14

13

13

12

5

5

5

5

5

5

IO

5

5

JO

w

2g,

mm

0.30

0,30

0.30

0,35

0,30 0,30 0.35 0.35 0.35 0,55 0.35

0.40

0.40

o.os

0,05

O.IO

0.05

0, 10 0, 14 O.IO O.l4 0.16 0.08 0.14

0.16

0.16

12

12

li

12

li

11

2.5

5

2,5

0.17

0,18

0,17

f, mm/ obr

rr,

-

Na1wicksz) dopuszczalny posuw

/,

Parametr chropowatości po obrób.:e wykań<:zaJąccj

V>

...,

5

2,5

t5

40+65 o

13

0.17

wykańczaJ'ICCJ

"'

...,

5

mm

po obróbce

25+40 o

14

µm

dokładności

:::+

-

µm

IT,

2g,

Klasa

+- --~ +J=-----f-

!(,

R ,/!_

14

6.0

l.6

Nominalny naddatek na średnice wykańczająca

6.0

0.14

Parametr chropowatości po obróbce ksz1ałtu1ącej

-

i

6.0 1.6

12 Obróbka

.,;

O.IO

li

13

!

+ ....

1.6

-

po obróbce

16+25 o

mm/ obr 0.04

mm

10

Klasa

t

w tulei zaciskowej z podparciem

[UD

4

,_______

I

~

Długość części

w uchwycie z podparciem

----

16 IT

Zakresy wymiarów

+-·-·-+-

w kłach

wielosropniowych. (d./ d~ 0.5)

---- ---~ą~:~

krzywizną

powierzchni R. = 40

półwyrobu:

drążonych

Stal konstrukcyjna stopowa i narzędziowa walcowana wg PN-87/ H-93200 Pręty

Mocowanie

mm/ obr 0.035 0.0.115

TT, R.,

µm

0.5

Il

Il

12

Il

li

12

Il

5

5

5

5

5

5

5

5

5

0,18 0.19 0.19 0,19 0.19 0.24 0,20

0,20

0.20

0,0315 0,05 0.08 0.05 0,08 O.JO 0.05 0.08

O.IO

0,10

IO

10

9

JO

ł.25

l.25

1.25

l.25

9

9

9

9

1.2!1 1.2!1 1.2.5 1.25

9 ł.2.5

to

9

1.25 1.25

9

9

1.25

1.25

l

,___ 2

3

Zakresy wymiarów

Długość czcśc1

czcści

Największa średnica uwnętrzni1

5

,.__ 7

c Lę~ci obrobionej

Najmniejsza snywnoU sumaryczna obrabiarki

4 ,.__

6 ,___

I

obrobionej

Obróbka Zgtllbna

g

Jr

mm N/µin

Nominalny nadda1ek na średnice

2g, mm

Największy

f,

dopuszczalny posuw

IT,

Parametr chropowatości po obróbce zgtllbnej

R., µm

średnice

65+100

'°

.,,

o

'°

-li

1 .,.,

6.0

12

12

12

6,0

1.8

J.8

2.1

2.7

l,9

rl

~

~

o

2g, mm

,...

~

-

~

....+ 8~ - +

12

12

12

12

12

12

12

12

12

l.9

2.2

2.8

3,7

2.2

2,5

3.1

4,0

5,3

13

12

12

15

I+

13

12

12

5

IO

20

20

5

10

20

20

20

0.55 0.40 0.40 0.45 1.05 0.60 O.SO 0,50 0.50

R_, µm

12

Nominalny nadda1ek na ~redrocc

2gJ

Największy

j, mm/obr 0,08 0.10 0,10 O.IO 0,10 O.IO 0.10 O.JO

,___ ,___ 13

...-14

...-15

Obróbka wykańciająca

Największy

dopuszczalny posuw

dopuszczalny posuw

\O

14

Parametr chropowatości po obróbce ksttałtującej

ksztaltująca

,.,+

V)

N

'°

MS O.SO 0.20 0.355 0,50 0.50 0,50

li

Obróbka

'5

1 "' "'

f, IT,

IO

.b

1

Klasa dokładności po obróbce kszrałtującej

9 ,___

~

o

;(I

~ - :e

~

N

160+250

100+160

..,

mm/obr 0,20 0.355 0,355 0.45 0.14 0.355 0.355

Klasa dokladności po obróbce zgrubnej

Nominalny naddatek na

,___

d

mm

15

5 ł.05

14

12

12

12

20

20

20

20

0,70 0,55 O.SS 0.()()

mm/obr 0,14 0.16 0.16 0,18 0,10 0,16 0,16 0,18 0,20 O.IO 0,16 0,18 0,20 0.224

mm

Klasa dokładności po obróbce wykaticzająceJ

lT,

Parametr chropowatości po obróbce wykaóczającej

R,, µm

12

Il

li

10

14

12

li

Il

10

13

12

li

IO

JO

s

5

5

5

5

5

5

5

5

s

5

5

5

5

0,24 0.20 0,20 0.20 0.54 0.25 0.22 0.22 0.22 0.40 0.24 0.22 0,22 0,22

JO 1,25

9

9

9

l,25 1.25 1.25

12

10

9

1,25 1.25 l.25

o.ro

9

8

1.25

1,25

O.IO O.IO O.JO O.JO O.IO li

9

9

9

8

1.25 1,25 1.25 1.25 1,25

92

IJI. Rodzaje naddatków i czynniki wpływające na ich wielkość

wykorzystania tabl. rn-6 może być obliczenie półfabrykatu w postaci pręta z rys. łłł-1 O. Dla wałka tego wskaźnik wymaganego wzrostu dokładności wyniesie

Przykład. Przykładem

walcowanego dla

wałka

K„=

~

2.5

~>f•

klo"<

T1 "

.i„1. 6 ISO

lń

= 2)()() = 143 _

ISO

I

6

49

~~IZ....-U~~~!ii°~A~_j_~~-rlr-"-~--i;--~r--fł-~-1--l-::::+...::::.t.:__~~---l 1/45°



CX>

~ s

c

·--· -

~

s

11

~I

r

!.i

~ 67

"'

2,5

N

86

66

85

240

A-A

~(~

Ol Q.

~

o~)

Moterioł St6 Ostre krawędzie stępić

43-0.3

Rys. lll-10.

Wałek

Wartość

wskainika K„ wskazuje na koniecz.ność zastosowania 3 operacji: obróbki zgrubnej, ksnaltującej i wykańczającej. W związku z tym z tab. IIl-6 dla zakresu dtugości 160+250 i zakresu średnic d = 40+63 otrzymuje się: - dla obróbki zgrubnej 2g 1 = 3,J mm; - dla obróbki kształtującej 2g 2 = 0,55 mm; - dla obróbki wykańczającej 2g3 = 0.22 mm. Stąd naddatek całkowity nominalny będzie równy 2C = 2g 1_, = 3,1 +0,55+0,22 Zatem

średnica

(obliczeniowa)

pręta

= 3,87 mm.

walcowanego wyniesie: du•I = 50+3,87

= 53,87 mm.

Obliczona średnica nie pokrywa się ze średnicą ujętą w programie walcowania. i taką średnicę należy przyjąć jako wymiar półfabrykatu. Poczynając

cych wszystkie

Najbliższą średnicą jest 55

od produkcji wielkoseryjnej, należy korzystać z normatywów naddatków na obróbkę (tabl. lll-5).

mm

podają­

składniki

Przykład. Dla części przedstawionej na rys. Ol - Ił należy dobrać średnicę mateńału wejściowego. Stosuje tutaj pełny wzór na naddatek operacyjny. Dla tego wałka wskainik wymaganego wzrostu dokładności wyniesie: się

3. Normatywy naddatków na

\

I

obróbkę

skrawaniem

o~
- - -- -- ·- - -·-----

.t::.

...oe

-

----- ~ -

60

-

93

~l

_ls.Q_ - - - - - -

Rys. III-I I. Część klasy walek do obliczenia materiału wejściowego

K0 = Wartość wskaźnika

K0 wskazuje na

TPI ~

i.I""" 16 ISO

T, ~ "~"'

konieczno§ć

1500 : -- =20.

y ISO

74

zastosowania 2 operacji: obrób.ki zgrubnej

obróbki

l:sz.1a!tującej.

Naddatek na toczenie zgrubne średnicy 0 60 wynosi (tabl. ill-5): 2x = 1500+2(150+ 150)+2 ·600

Naddatek na toczenie

kształtujące

= 3300 µm.

wynosi:

2!( = 410+2(50+50)+2(61 +420) = 1572 µm. Stąd

calkowity naddatek na

obróbkę będzie

równy

C = 3300+ 1572 = 4872 µm ""4,9 mm. Średnica (obliczeniowa) pręta walcowanego wyniesie:

d„01 = 60+4,9 Najbliższą średnicą wynikajacą

= 64,9 mm.

z programu walcowania jest 65 i taką średnicę należy przyjąć.

4. NORMA ZUŻYCIA MATERIAŁU Jednostkowa norma zużycia Nd materiału okreś l a dopuszczalne zużycie materiału na wyrobu. Norma materiałowa powinna być opracowana przy zastosowaniu metody analityczno-obliczeniowej, na podstawie rysunku konstrukcyjnego i opracowanego procesu technologicznego. Obliczenie jednostkowej normy zużycia Nd w jednostkach masy lub objętościowych następuje przez doliczanie do masy netto części gotowej sumy wszystkich naddatków technologicznych oraz odpadów powstających podczas realizacji procesu technologicznego, czyli

jednostkę

Nd= gm+811p+guv, masa materiału zawartego w gotowej części, g"" - masa materiału ze strat i odpadów w procesie technologicznym półfabrykatu. g111, - masa powstała ze strat i odpadów w procesie obróbkl wiórowej.

gdzie 8m wynikająca materiału

94

ITI. Rodzaje naddatków i czynniki

Na podstawie jednostkowej normy wykorzystania materiału:

wpływające

na ich

zużycia materiału można obliczyć wskaźnik

całkowitego

p =b_ c

Wskaźnik

wielkość

ten pozwala na obliczenie straty

Nd

materiału

P, :::: 1-Pr.

równej

Pe

Rozdział IV

,

BAZY ODROBKOWE

Jedną

z podstawowych

czynności,

jakie ma do wykonania technolog w projekto-

waniu operacji procesu technologicznego, jest właściwe ustalenje przedmiotu na obrabiarce lub w odpowiednim uchwycie. Ustalenie jest to zetknięcie baz stykowych przedmiotu z odpowiednimi elementami obrabiarki lub uchwytu. Mówi się w tak.im przypadku o bazowaniu przedmiotu, czyli nadaniu mu określonego położenia wymaganego d1a poprawnego wykonania operacji technologicznej poprzez odebranie mu okreś­ lonej liczby stopni swobody.

, 1. ZASADY USTALANIA PRZEDMIOTOW

OBRABIANYCH Każdy przedmiot ma 6 stopni swobody. Można go przesuwać w 3 kierunkach osi x, v i z oraz obracać wokół tych osi. Ustalenie przedmiotu na obrabiarce lub w uchwycie polega na odebraniu mu wszystkich lub njektórych stopni swobody, w zależności od

zadania obróbkowego, jakie jest do wykonania. Zagadnienie to zostanie zilustrowane na przykładach.

r -----·---. (

I ./"'----r -.:..:..:. . - - -L. l I -X ----- - I .

V itz

I.L T

l..__ L

____ ~~ LIJ.J Il _ __ ,_. j_ __ j

- -... --.._/I

Rys. IV- I. Prredmiot t. odebranymi 3 stopniami swobody

96

IV. Bazy obróbkowe

Na rysunku IV-I przedstawiono operację szlifowania powierzchni na dokładny wymiar g. W tym celu wykorzystano szlifierkę do płaszczyzn z uchwytem elektromagnetycznym. Przedmiot podparty na płycie stołu traci 3 stopnie swobody. Analiza tego przypadku pozwala stwierdzić, że liczba ta jest wystarczająca do poprawnego wykonania zadania obróbkowego, gdyż niezależnie od przesunięcia wzdłuż osi x i z oraz obrotu wokół osi y powierzchnia może być przeszlifowana i można uzyskać dokładny wymiar g.

Rys. IV-2. Przedmiot z odebranymi 4 stopniami swobody

W przedmiocie przedstawionym na rys. IV-2 powierzchnię czopa wałka należy wymiar h. W tym celu przedmiot został ustalony na pryzmie. Ustalenie taicie odbiera przedmiotowi 4 stopnie swobody. Pozostał obrót wokół osi wałka i przesuw wzdłuż tej osi. Dokładna analiza wskazuje, że do wykonania tej konkretnej operacji podane ustalenie (bazowanie) przedmiotu jest wystarczające. W przedmiocie przedstawionym na rys. IV-3 należy przefrezować powierzchnię, zachowując odpowiednio wymiary a i b. W tym celu przedmiotowi odebrano 5 stopni swobody. Pozostał jedynie przesuw wzdłuż osi z. Analiza tego przypadku wskazuje, że ewentualne przesunięcie wzdłuż tej osi nie ma wpływu na wynik zadania obróbkowego. Dodatkowe oparcie przedmiotu o kołek I ma miejsce wyłącznie w celu takiego wstępnego ustalenia, aby łapa dociskowa działała w osi symetrii kołków oporowych. W przedmiocie pokazanym na rys. IV-4 należy wywiercić otwór o średnicy d w odległości a od jednego z dwóch uprzednio wykonanych otworów. W tym przypadku przedmiot musi zająć jednoznacznie określone położenie w stosunku do tulejki wiertarskiej prowadzącej narzędzie. Ustalenie przedmiotu następuje przez nałoże­ nie go na dwa kołki (pełny i ścięty) i podparcie na powierzchni uchwytu. W ten sposób przedmiot ma odebrane wszystkie stopnie swobody, co jest niezbędne do wykonania zadania obróbkowego. Podane przykłady ilustrują wyraźnie, że wykonanie każdej operacji wymaga przeanalizowania, ile stopni swobody należy przedmiotowi odebrać, ażeby zadanie obróbkowe można było wykonać poprawnie. Jest bowiem błędem odbieranie większej liczby stopni swobody, aniżeli to wynika z analizy wykonywanej operacji. Należy pamiętać, że każdy dodatkowy stopień swobody, to konieczność projektowania i wykonania uchwytu o bardziej skomplikowanej konstrukcji. przefrezować, zachowując

/-

r

I

I

- -

--

-t- 1---~ - -~

l

+

Ry~.

IV-3. Przedmiot z odebranymi 5 stopniami \wobody J - kolek

,,,- ~· ---

I

-

·

~ ·· - · ,..

- ··- ··-„-··- ··-··- „.. ., 1'

.

I .,.. 1-..... \ ....-,.l-.. ( ( t-...l ._ __ _j_. 4· J_~

\ ·, ,„,.: ·-'

!

i

-- ·-- ---i__ ·Ry~ .

\:-:;t_// I

- · - ·-

I

r:'ł,

I :

t(~1~ ·- + ~ ./ I I j - ·-

- ··- j

IV-4. Przedrnio1 z odebranymi 6 stopniami swoNxly

98

IV. Bazy obróbkowe

2. RODZAJE BAZ Przez względem określone

bazę należy rozumieć powierzchnię, linię

lub punkt przedmiotu obrabianego, których położenie rozpatrywanego innego punktu, linii lub powierzchni jest w sposób bezpośredni. Ogólną klasyfikację baz przedstawiono na rys. IV-5.

BAZV

konstrukcyjne

produ keyjne

ze względu no przeznaczenie

technotog1czne

2f! względu

no znaczenie

kontrolne

włości we

zostiipcze

obróbkowe

stykowe

nastawcze

sprziiżone

BAZA OBRÓBKOWA

rzeczywista

wyobrażalna

naturalna

specjalna

Rys. IV-5. Klasyfikacja baz wg PN-83/M-01250

Baza może być wykorzystywana w procesie konstruowania przedmiotu, w procesie produkcyjnym. tj. procesie obróbkowym, montażowym albo w procesie kontroli jakości. Wynika stąd podstawowy podział baz: na bazy konstrukcyjne i produkcyjne. B a z ą ko n s t r u kc y j n ą jest baza przyjęta przy konstruowaniu wyrobu w celu określenia położenia jakiegoś punktu, linii lub powierzchni w częściach wchodzących w skład tego wyrobu, warunkująca ich prawidłową współpracę z innymi częściami lub zespołami w wyrobie.

2. Rodzaje baz

99

B a z ą p rod u kc y j n ą jest baza przyjęta w procesie produkcyjnym przedmiotu w celu określenia w tym przedmiocie położenia jakiegoś punktu, linii lub powien.chni uwarunkowanego sposobem wytwarzania. Ze względu na przeznaczenie bazy produkcyjne dzielą się na: technologiczne i kontrolne. Baza technologkzna jest bazą produkcyjną przyjętą w celu określenia położenia jakiegoś punktu, linii lub powierzchni przedmiotu przy realizowaniu procesu teclmologicznego tego przedmiotu. Bazy technologiczne dzieli się na montażowe oraz obróbkowe. Bazą kontrolną jest baza produkcyjna przyjęta w celu określenia położenia jakiegoś punktu, linii lub powierzchni w przedmiocie dla kontroli zgodności wykonania tego przedmiotu z wymaganiami konstrukcyjnymi lub technologicznym.i. BB2a montażowa jest bazą technologiczną przyjętą w procesie montażu przedmiotu w zespół w celu określenia położenia względem tego przedmiotu któregoś z innych przedmiotów w zespole. Baza obróbkowa jest to baza technologiczna przyjęta w procesie obróbki przedmiotu w celu określenia w tym przedmiocie położenia jakiejś powierzchni przy jej wykonywaniu lub o.kreślenia jakiegoś punktu albo linii przy wykonywaniu powierzchni, która sama lub wspólnie z innymi powierzchniami tego przedmiotu wyznacza ten punkt albo linię. Bazy obróbkowe dzieli się na: rzeczywiste i wyobrażalne oraz naturalne i specjalne. Baza rzeczywista jest bazą będącą powierzchnią ałbo linią leżącą na przedmiocie. Baza wyobrażalna jest bazą będącą umownie wyznaczonym elementem geometrycznym związanym z rzeczywistą powierzchnią lub powierzchniami części, zespołu. Baza obróbkowa jest bazą naturalną, jeżeli do jej wykorzystania nie jest potrzebna dodatkowa obróbka jakiejś powierzchni przedmiotu, zbędnej z punktu widzenia działa­ nia gotowego przedmiotu w zespole. Baza obróbkowa jest bazą specjalną, jeśli do jej wykorzystania trzeba dodatkowo obrobić jakąś powierzchnię przedmiotu, chociaż z punktu widzenia działania przedmiotu ta dodatkowa obróbka jest zbędna.

Rys. IV-6. Zastosowanie bazy stykowej do operacji frezowania A - powierzchnia obrabiana, B - baza naslawcza

Ponadto bazy obróbkowe dzieli się na: stykowe, nastawcze i sprzężone. Baza stykowa jest bazą, która styka się z odpowiednimi elementarni obrabiarki, uchwytu lub narzędzia (rys. IV-6). Dokładność wymiaru h od powierzchni obrabianej do bazy stykowej B zapewnia się przez ustawienie osi 0-0 freza w odległości

100

fV . Bazy obróbkowe

od powierzchni stołu frezarki, na której podparto obrabiany przedmiot. Baza nastawcza jest bazą, której położenie ustawia się względem odpowiednich elementów obrabiarki, uchwytu lub narzędzia (rys. IV-7).

podkłodk1

klinowe

Rys. fV-7. Przykład zastosowania bazy nastawczej powierzchnia obrabiana, B - bazy nastawcze

A-

Baza sprzężona jest bazą, którą uzyskuje się. przy tym samym położeniu obrabianego przedmiotu względem odpowiednich elementów obrabiarki lub uchwytu i obrabia się zarówno tą bazę, jak i rozpatrywaną powierzchnię tak, żeby ich wzajemne położenie zależne było jedynie od położenia wykonujących je narzędzi (rys. IV-8). W podanym na rysunku przypadku należy frezować powierzchnie A i B, zachowując wymiar b.

'\

/

'\/

cl'

7

-01 o

~B ,,/'//, „

Rys. fV-8. Zastosowanie bazy sprzężonej do frezowania rowka na wymiar b

,„

,,

'"\

~////

c

Powierzchnia A, która jest obrabiana jednocześnie z powierzchnią B, jest bazą obróbkową sprzężoną dla tej ostatniej. W tym przypadku powierzchnia C ustalająca przedmiot, nie może być przyjęta za bazę obróbkową dla powierzchni B, ponieważ położenie tej powierzchni względem narzędzi skrawających wyznaczone jest nie od powierzchni C, lecz od obrabianej z nią jednocześnie powierzchni A. Dalszym podziałem baz produkcyjnych ze względu na ich znaczenie jest podział na bazy: właściwe i zastępcze.

101

2. Rodzaje baz

Bazą właściwą jest baza produkcyjna jakiegoś punktu, linii lub powierzchni przedmiotu identyczna z bazą konstrukcyjną tego punktu, linii lub powierzchni. Najbardziej poprawnym rozwiązaniem jest takie rozwiązanie, kiedy technolog przyjmuje za bazę tę powierzchnię, którą przyjął konstruktor. Przykładem może być korpus przedstawiony na rys. IV-9. Dla zwymiarowania położenia otworu 0 40H7, wielkości ścięcia (powierzchni 8), konstruktor przyjął za bazę powierzchnię A. Również tę powierzchnię przyjmie za bazę technolog zarówno przy obróbce otworu 0 40H7, jak i ścięcia na powierzchni B.

[3

:if

lf}"' lf} C1

... o"

\::!

Rys. CV-9. PrzykJad bazy

właściwej

Baza zastępcza jest bazą produkcyjną jakiegoś punktu, linU lub powierzcbnj przedmiotu różną od bazy konstrukcyjnej tego punktu, linii lub powierzchni. Wskazuje to na niewłaściwy sposób przyjęcia bazy konstrukcyjnej. Przykładem może być przedmiot przedstawiony na rys. IV-10. Dla zwymiarowania położenia otworu 0 20H7 konstruktor

Rys. IV- IO.

Niezgodność

bazy konstrukcyjnej z bazą produkcyjną; powierzchni A

możliwość

Ubtalenia przedmiotu na

102

IV. Bazy obróbkowe

przyjął

za bazę powierzchnię B. Dla przeprowadzenia obróbki tego otworu technolog powinien przyjąć za bazę powierzchnię A. Istnieje tutaj niezgodność bazy konstrukcyjnej z bazą produkcyjną. Technolog zatem przyjmuje za bazę powierzchnię A, traktując ją jako bazę zastępczą. Nie zawsze to jednak będzie możliwe. Zależy to od tolerancji poszczególnych wymiarów. Przyjmując za bazę zastępczą powierzchnię A, technolog musi zwymiarować położenie otworu 0 20H7 od powierzchni A, musi zatem dokonać obliczenia wymiaru X~; . Ułożone w tym celu równanie będzie miało postać:

= 50±0• 2.

1 X"'x 1 10+o· -40--O.I

Z analizy tego równania wynika, że na wymiar X przypadnie tolerancja 0,2, czyli przyjęcie takiej bazy zastępczej przez technologa będzie możliwe .

........--+~.......-Cf

b

......L____~~~~~----"~

'---""~""-.UJ..<:.u..<.<.LU.

Rys.

z

TV-11.

Niezgodność

konstrukcyjnej ustalenia przedmiotu na powierzchni A

bazą produkcyjną;

brak

bazy

możliwości

Rys. IY-12. Ustalenie przedmiotu na powierzchni B

W wielu przypadkach jednak może się okazać, że tolerancja wymiaru X będzie ujemna lub tak mała, że w warunkach produkcyjnych będzie bardzo trudna do uzyskania. Przykładem może być zwymiarowanie rys. IV-11. Równanie dla obliczenia wymiaru X będzie miało postać: x~: -10-i-0· 1 -40--0. 1

= 50±0,05.

2. Rodzaje baz

103

W tym przypadku tolerancja wymiaru X

będzie ujemna. Technologowi wówczas nie pozostaje nic innego, jak przyjęcie za bazę powierzchni B, mimo że to bardzo utrudni ustalenie przedmiotu i jego zamocowanie (rys. IV-12).

3. ZASADY WYBORU BAZ W celu ustalenia zasad wyboru baz, należy rozpatrzyć wybór bazy do pierwszej operacji i do operacji dalszych. Występuje tutaj zasadnicza różnica, gdyż w przypadku pierwszej operacji wszystkie powierzchnie są surowe, obierając zaś bazę do operacji dalszych, należy dokonać wyboru spośród powierzchni obrobionych.

a. WYBÓR BAZY DO PIERWSZEJ OPERACn Przystępując do wyboru powierzchni, która ma służyć jako baza do pierwszej operacji, należy przede wszystkim przeanalizować technologię półfabrykatu lub pół­ wyrobu. Powierzchnia lub powierzchnie bazowe powinny być równe i czyste. Nie mogą to być powierzchnie ze śladami po odciętych nadlewkach. W odlewach z reguły wybiera się powierzchnie, które znajdują się na dole podczas zalewania, gdyż charakteryzują się one znacznie większą czystością i brakiem nierówności, w stosunku do powierzchni górnych. Dla części klasy tuleja i tarcza za powierzchnię bazową wybiera się z reguły powierzchnię zewnętrzną, a nie otwór, który na skutek przesunięcia rdzenia może być skrzywiony lub przesunięty. I wreszcie należy przestrzegać zasady, ażeby powierzchnia bazowa była możliwie duża, gdyż na dużej powierzchni uzyskuje się pewniejsze podparcie przedmiotu.

100

Rys. JV-13. Powierzchnia A

przyjęta właściwie

jako baza do pierwszej operacji; powierzchnia B baza do pierwszej operacji

niewtaściwie jako

przyjęta

104

IV. Bazy obróbkowe

W przypadku gdy nie na wszystkich powierzchniach przedmiotu przewidziana jest obróbka, powierzchnią bazową powinna być ta powierzchnia, która pozostaje nieobrobiona (rys. IV-13). Uzyskuje się dzięki temu większą dokładność położenia powierzchni obrobionych w stosunku do powierzchni surowej. W przypadku tulei przedstawionej na rys. IV-13 będzie to dotyczyło przede wszystkim współosiowości otworu 0 16H7 i czopa 0 40.

b. WYBÓR BAZY DO OPERACJI DALSZYCH Jako zasadę należy przyjąć, że powierzchnią bazową do przeprowadzenia dalszych operacji powinna być powierzchnia obrobiona. Najwłaściwszym rozwiązaniem byłoby, co już zostało podkreślone, gdyby przyjęta baza pokrywała się z bazą przyjętą przez konstluktora. Drugą zasadą jest wykorzystanie przyjętej powierzchni bazowej we wszystkich operacjach procesu technologicznego. Uzyskać można w ten sposób dokładność położe­ nia poszczególnych powierzchni względem siebie. Natura1nie w praktyce warsztatowej nie zawsze to jest możliwe, ale odstępstwo od zasady może dotyczyć tylko sporadycznych operacji.

2-&' B

(O·~

20N9

Rys. lV-14.

Stąd można

Przyjęcie bazy do obróbki powierzchni B i rowka

by wysunąć wniosek, że w pierwszej operacji należy obrobić poktóra by była przyjęta za powierzchnię bazową dla całego procesu technologicznego. Nie zawsze to jednak jest możliwe. Przykładem jest przedmiot przedstawiony na rys. IV-14. Do wykonania tego przedmiotu konstruktor przyjął za powierzchnię bazową powierzchnię A. Powierzchnia ta będzie stanowiła również bazę produkcyjną. Zgodnie z przyjętą zasadą, powierzchnia A powinna zostać obrobiona w pierwszej operacji. Biorąc pod uwagę fakt, że półfabrykatem będzie wa1cowany płaskownik, wykonanie powierzchni A na gotowo w jednej operacji będzie niemożliwe. W tym celu technolog musi przyjąć za bazę do pierwszej operacji powierzchnię A i na jej podstawie obrobić powierzchnię B. Dopiero mając obrobioną powierzchnię 8, może przystąpić do obróbki w dwóch kolejnych operacjach powierzchni A, która od tej chwili będzie stanowiła bazę do kolejnych operacji. wierzchnię.

4.

I

ł

4.

„ ./'

DOKŁADNOSC

Dokładność

bazowania

105

BAZOWANIA

Powierzchnie obrabianego przedmiotu lub stykające się z nimi powierzchnie uchwytu lub obrabiarek można podzielić na cztery rodzaje: powierzchnie ustalające. powierzchnie oporowe, powierzchnie podporowe oraz powierzchnie zamocowania. Powierzchniami ustalającymi są te powierzchnie, których zetknięcie z odpowiednimi elementami uchwytu lub obrabiarki nadają przedmiotowi żądane jednoznaczne położe­ nie w kierunku wymiarów uzyskiwanych w danej operacji (por. rys. IV- J). Dla uzyskania wymiaru g powierzchnią ustalającą będzie powierzchnia podstawy przedmiotu stykająca się z powierzchnią uchwytu elektromagnetycznego. Powierzchniami oporowymi są te powierzchnie, których zetknięcie z elementami uchwytu lub obrabiarki nadają przedmiotowi określone położenie w kierunku nie związanym z wymiarami osiąganymi w danej operacji. Powierzchniami podporowymi są powierzchnie stykające się z elementami podporowymi uchwytu. Powierzchnie zamocowania są to wszystkie powierzchnie, które stykają się z elementami mocującymi uchwytu. bądź elementami mocującymi przedmiot bezpośrednio aa obrabiarce. Spośród wymienionych powierzchni najistotniejszą rolę przy bazowaniu przedmiotu odgrywają powierzchnie ustalające i one głównie wpływają na dokładność bazowania. Powierzchnie ustalające można podzielić na naturalne i specjalne. Naturalnymi mogą

Rys. IV-15. Korpus: a) rysunek wykonawczy przedmiotu z dwoma otworami 0 16, b) rysunek poprawiony przez technologa z. dwoma otworami 0 l 6H7

106

IV. Bazy obróbkowe

być powierzchnie surowe lub obrobione, ale wykonane z dokładnością nie większą niż zaklada to rysunek wykonawczy. Powierzchniami specjalnymi są powierzchnie obrobione specjalnie w celu wykorzystania ich jako bazy i przeprowadzenia procesu technologicznego. Będą to powierzchnie obrobione dokładniej niż przewiduje rysunek wykonawczy (rys. IV-15) lub powierzchnie wykonane specjalnie. Takimi powierz.chniami są np. nakiełki. Najczęściej stosowanymi powierzchniami przyjmowanymi za bazy są powierzchnie płaskie i powierzchnie walcowe. Do powierzchni płaskich w celu uniknięcia błędu ustalenia należy stosować podparcie trójpunktowe (trzy punkty wyznaczają płaszczyz­ nę), przy czym im większa odległość między punktami podparcia, tym mniejszy błąd ustalenia przedmiotu . Dla powierzchni walcowych istnieje kilka sposobów ustalania: ustalenie walca przy wykorzystaniu dwóch jego tworzących (ustalenie w pryzmie), ustalenie w uchwycie samocentrującym, ustalenie na trzpieniu walcowym stałym lub rozprężnym albo ustalenie na trzpieniu stożkowym.

108

V.

Dokładność

obróbki

klasę dokładndści wykonania np. 30j6. Należy pamiętać, że każdy wymiar jest wyko ny z określoną tolerancją. Wymiar podany w postaci nominalnej warsztat ma prawo wykonać w t tolerancji warsztatowej, czyli w 14 klasie dokładności. Odchyłka 14 klasy określonego wymiaru jest zatem tolerancją tego wymiaru. Stosuje się przy 1 obowiązującą zasadę tolerowania w głąb materiału. W wyjątkowych przypadkach produkcji bardziej dokładnej przyjmuje się jako tolerancję warsztatową 12 k dokładności.

Wymiary podane na rysunku z

określoną odchyłką

wykonuje

się

zgodnie z tą poc

tolerancją.

Wymiary zaopatrzone symbolem literowym i liczbowym (dotyczy to najczę~ wymiarów dokładnych) wykonuje się w tolerancji wynikającej z wymiaru nominaln i klasy dokładności. Wielkości odchyłek przyjmuje się z tab1ic. Powinny być naniesione przez konstruktora w górnej części rysunku. Dotyczy to również instru obróbkowych.

b.

BŁĘDY KSZTAŁTU

Błędem ksztahu jest stopień niezgodności rzeczywistego kształtu części obrobi z teoretyczną bryłą geometryczną, określoną przez minimalne wymiary na ryst konstrukcyjnym. Przy określaniu błędów kształtu nie bierze się pod uwagę chropov. ści powierzchni . Norma PN-78/M-02137 określa błędy kształtu poprzecznego geometrycznych (kołowości) i kształtu wzdłużnego (walcowości). Zasady znakow i określania dopuszczalnych wartości błędów kształtu na rysunku konstrukcyjnym normy PN-87 / M-01145 podano w tabl. V-1.

c. BŁĘDY POŁOŻENIA Błąd położenia jest to odchylenie rozpatrywanej powierzchni, osi lub płaszcz~ symetrii od nominalnego położenia względem elementu odniesienia. Sposób oznacz błędów położenia wg PN-78/ M-02137 pokazano w tabl. V-2.

d.

BŁĘDY Błąd

POWIERZCHNI

powierzchni jest to stopień niezgodności powierzchni rzeczywistej z powie1 nią idealną, zarówno ze względu na strukturę geometryczną powierzchni, jak i \ ciwości jej warstwy wierzchniej. Jako elementy struktury geometrycznej powierzchni należy wymienić : odcł kształtu , falistość, chropowatość powierzchni, nośność i kierunkowość. Niek wprowadzany jest podział na makro- i mikrostrukturę geometryczną. Do makros1 tury zalicza się odchyłki kształtu i falistości (są to wielkości mierzone w milimetr: do mikrostruktury zaś - chropowatość powierzchni (wielkość mierzona w mikro rach).

1. Rodzaje

Tablica V-1. Zasady oznaczania

L09

błędów

błędów kształtu

ODCHYŁKA PROSTOLINIOWOŚCI l.

Odchyłka prostoliniowości tworzącej płaszczyzny

Odchyłka prostoliniowości {nieprosto!iniowość} tworzącej

szczyzny, mierzona w kierunku strzaJki w noleglych do plaszczyi.ny rysunku, nie 0,1 mm na całej długości I płaszczyzny

płaszczyznach

przekraczać

może

rEETI

piarów-

~

'

·r r

·. ;

I

Odchyłka prostoliniowości tworzącej płaszczyzny,

mierzona w płaszczyznach równoległych do plaszczyzny rzutu, nie może przekroczyć O, l mm, a mierzona w płaszczyznach równoległych do pła~zczyzny rr - 0, 15 mm Uwag a. Gdyby obie wartości dopuszczalnych odchyłek były jednakowe, to zamiast dwóch ozn aczeń prostoliniowości należałoby podać tylko przy jednym z rzutów oznaczenie odchyłki płaskości płaszczyzny

bóó ły\ko wl<\ęstość

Odchyłka prostoliniowości tworzącej płaszczyzny pri.ekroczyć

O, l mm, przy czym

może

to

być

tylko

nie

~

może

wklęsłość

~---w~

Odchyłka prostoliniowości tworzącej płaszczyzny przekroczyć

dJugoki

płaszczyzny (oczywiście dJuższej niż

może

prostoliniowości tworzącej

przekroczyć

0,06 mm na

płaszczyzny

całej długości płaszczyzny

długości Odchyłka prosto liniowośc i tworzących

Odchyłka prostoliniowości tworzącej

0,05 mm na

~ '

2.

czyć

~~:

300 mm)

nie może i jedno0,04 mm na 300 mm w dowolnym miejscu na całej

Odchytka cieśnie

nie

0,0 1 mm na 300 mm w dowolnym miejscu na całej

całej długości

walca nie może przekropowierzchni o średn i cy d

stożka

walca lub

~ r.

tylko

Odchyłka prostoliniowości tworzącej

nie

może przekroczyć

0,03 mm na 300 mm dlugo§ci wiifca w dowolnym miejscu na całej jego długości, przy czym może on mieć walcowy lub lekko beczulkowaty, a nie siodłowy

kształt

ty lko

(wkJęsty)

IU03/300

-

- - - ----700

Od chyłka prostoliniowości tworzącej stoż.ka

nie może prze0,03 mrn na caleJ jego dtugo§ci U w ag a. SLrzalkę należy rysować prostopadle do tworzącej (por. /. odchyłką kołowości)

wypukłość

- U03

kroczyć

·-

--- -+

110

V.

Dokładność

obróbki

tablica V-I cd. ODCHYŁKA PŁASKOŚCI Odchyłka płaskości (niepłaskość) płaszczyzny kroczyć

nie może przeO, I mm we wszystkich kierunkach i na całej płaszczyź­

nie ODCHYŁKA KOŁOWOŚCI

Odchyłka kołowości (niekołowość) powierzchni walcowych a i b nie może przekroczyć 0,02 i 0,03 mm w dowolnym przekroju prostopadłym do osi, na całej długości tych powierzchni

Odchyłka kołowości stożka nie może przekroczyć 0.02 mm w dowolnym przekroju na całej długości stożka Uwag a StrZa.Łke należy rysować prostopa.dJe do osi (por. z odchyłką prostoliniowości tworzącej stożka)

Odchyłka kołowości krawędzi stożka

wolnym miejscu) nie

(a nie przekrojów w doO, I mm

może przekroczyć

ODCHYŁKA WALCOWOŚCI

Odchyłka walcowości wość, wygięcie

(np. stożkowość, ba.rylkowość, siodło ­ osi) nie może przekroczyć 0,03 mm na całej

powierzchni a

Odchyłka • walcowości

nie może przekroczyć 0,02 mm na 300 mm w dowolnym miejscu na całej długości wałka (oczywifoie większej niż 300 mm)

I . Rodzaje

Tablica V-2. Zasady oznaczani.a

111

błędów

błędów połoienia

ODCHYŁKA RÓWNOLEGŁOŚCI I.

Odchyłka równoległości

dwóch prostych

___a_,..__, li 0.1

Odchyłka równoległości (nierównoległość)

ru l

względem

A-A nie otworu I

osi otworu Jl (bazy) w

może przekroczyć

B

osi otwo-

płaszczyinie

O, I mm na

długości

li 0,1

o Odchyłka równoleg.łoki osi otwo.ru li względem osi otworu l w płaszczyźnie B-8 nie może przekroczyć 0,1 mm na długości otworu fi

Odchyłki równoległości osi otworu I względem osi otworu Il w płaszczyźnie A-A i 8-B nie mogą przekroczyć odpowiednio O. I mm i 0,05 mm na całej długości otworu I. U w ag a. Zamiast oznaczeń obu odchyłek na jednym rzucie, można każde oznaczenie podać na oddzielnym rzucie - jak wyżej - ale wtedy na jednym z rzutów Lrzeba pominąć wartość średnicy D, podając tylko „pustą" linię wymiarową (potnebną ze względu na oznaczenie)

2.

Odcbyłka równoległości

li 0,05 A

prostej i

płaszczyzny

Il 0,01 A Odchyłka

woru

r6wnoleglosci

(nierównoległości)

osi otpodstawy (bazy) nie 0,01 mm na ca.lej długości otworu

względem płaszczyzny

może przekroczyć

A

112

V.

Dokładność

obróbki

tablica V-2 cd.

Odchyłka równoległości płaskiego ścięcia

dem osi otworu (bazy) nie może O, I mm na całej długości ścięcia

a

a

wzglę­

przekroczyć

3. Odchyłka równoległości dwóch płaszczyzn Odchyłka równoległości dowolnej z dwóch płasz­ czyzn a albo b względem drugiej (elementy wzajemnie tolerowane, na co wskazuje strwlka przy ramce kwadratowej, związanej z płaszczyzną b), mierzona w dowolnym kierunku, nie może przekroczyć 0,05 mm na całej płaszczyźnie

Il 005 A

b

c

Odchyłka równoleglośc1 górnej płaszczyzny wzglę­ dem dolnej nie może przekroczyć 0,04 mm aa 300 mm w dowolnym miejscu i kierunku na całej górnej płaszczyźnie

/1

la0413ool c I

ć~.......____~!

s

ODCHYŁKA PROSTOPADLOŚCI

1.

Odchyłka prostopadłości

dwóch prostych t4--'do--i--i

1. Q04

A

Odchyłka prostopadłości (nieprostopadłość)

osi c20pa o średnicy d względem osi otworu (bazy pomiarowej), mierzona w płaszczyźnie rzutu, na którym podano oznaczenie, nie może przekroczyć 0,04 mm na całej długości f czopa

A

t- ---++----ł

Odchyłka

osi otworu skośnego względem osi otworu poziomego {bazy pomiarowej), zmierzona w płaszczyźnie rzutu, na którym podano oznaczenie. nie może przekroczyć 0,06 mm na całej długości otworu skośnego

l

0.06 A

prostopadlości

2.

Odchyłka prostopadłośc i

'1'

A I

I. I

.-Jt±-~ prostej i

płaszczyzny

_____.. 1. 004 8 Odchyłka prostopacllości

a (bazy) nie

osi otworu względem czoła 0,04 mm w dowoldługości otworu

może przekroczyć

nym kierunku, na

całej

113

1. Rodzaje błędów

tabhca V-2 cd. A Odchyłka prostopadłości płaszczyzny

a wzgl.;dem

osi powierzchni walcowej o średnicy d (bazy pomiarowej) nie może przekroczyć 0,05 mm na całej płaszczyźnie , w dowolnym kierunku

Odchyłka prostopadłości płaszczyzny a i osi powierzchni b (elementy wzajemnie tolerowane) nie może przekroczyć 0,08 mm na całej długości I powierzchni b i na całej płas:iczyfuie a

3.

Odchyłka prostopadłości

dwóch

płaszczyzn

a i b względem siebie (płaszczyzna b bazą pomiarowa) nie może przekroczyć 0,06 mm na całej wysokości płaszczyz­ ny a Odchyłka prostopadłości płaszczyzn

Odchyłka prostopadłości płaszczyzn a i b kątownika (elementy wzajemnie tolerowane) nie może przelcroczyć 0,03 mm na 100 mm szerokości i wysokości

kątownika

ODCHYŁKA WSPÓŁOSIOWOŚCI POWIERZCHNI

Odchyłka współosiowości (niewspółosiowość) otworu I względem otworu li (bazy) nie moie przekroczyć 0,04 mm na długości otworu / , przy uwzglę­ dnieniu równoległego do osi Jl przesunięcia osi I

Odchyłka współosiowości każdego z otworów f i fi (elementy wzajemnie tolerowane) względem ich wspólnej, teoretycznej osi nie może przekroczyć 0,04 mm na długości każdego z tych otworów

114

V.

Dokladność

obróbki

tablica V-2 cd.

Przykład

umieszczenia (w razie

czenia

odchyłki

konieczności)

współosiowości

oznapowierzchni

względem powierzchni b na rzucie prostopadłym na osi obu powierzchni - oznaczenie odchyłki i oznaczenie elementu odniesienia (bazy) muszą być związane z liniami wymiarowymi średnic

a

ODCHYŁKA

SYMETRll

Odchyłka

symelrii położenia osi otworu a względem B-B (która jest płaszczyzną symetrii dla płaszczyzny b i c) nie może przekro<:zyć 0,05 mm, czyli oś 01woru może być przesunięta w lewo lub w prawo od osi B-8 co najwyżej o 0,05 mm płaszczyzny

b

Odchyłka symetrii rowka względem osi O wałka (bazy pomiarowej) nie może przekroczyć 0,1 mm, czyli płaszczyzna symetrii rowka może być przesunięta w lewo lub w prawo od osi O nie więcej niż

o O.I mrn

'1- - -----iB

Odchyłki symeiru położenia węższej (górnej) i szerszej części rowka teowego względem płaszczyzny 8 -8 (czyli płaszczyzny symetrii dla płaszczyzn a i b) nie mogą przekroczyć odpowiednio 0,05 i 0,2 mm, czyli obie części rowka mogą być przesunięte w lewo lub w prawo (albo jedna w lewo, a druga w prawo) od linii 8-8 nie więcej niż o 0,05 i 0,2 mm

ODCHYŁKA

PRZECINANIA

SIĘ

PROSTYCH

_ +-_._., X 0.05 Odchyłka

przecinania się (wichrowatość) osi otworu osi otworu li (bazy) nie może przekroczyć 0.05 mm. czyli oś I może być przesunięta w lewo lub w prawo od osi li nie więcej niż o 0,05 mm

I

względem

2. Czynniki

wpływające

na

dokładność

115

obróbki

tablica V-2 cd. ODCHYŁKA POŁOŻENIA PUNKTU

Odchyłka położenia osi każdego z otworów (niezależ­ rue od położenia pozostałych) nie może przekroczyć 0,1 mm, czyli oś każdego otworu (prostopadła lub nieco ukośna względem płaszczyzny rysunku) powinna si~ znajdować w obszarze walca o promieniu O, I mm. Oś w odległości 20 mm od płaszczyzny y

Z. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE ;„ „ NA DOKŁADNOSC OBROBKI Czynnikami powodującymi powstawanie wymienionych błędów i wpływającymi na obróbki są: dokładność obrabiarek, dokładność narzędzi, sztywność u.kładu technologicznego, odkształcenia cieplne układu technologicznego, naprężenia własne, drgania, dokładność pomiarów, dokładność nastawienia obrabiarki. dokładność

a. DOKŁADNOŚĆ OBRABIAREK Obrabiarki, tak jak inne maszyny i urządzenia, mogą być wykonane tylko z pewną Ta dokładność jest zależna od dokładności wykonania poszczególnych części, zespołów i montażu. Sprawdzanie dokładności obrabiarek odbywa się w stanie statycznym. Sprawdza się zgodnie z polską normą. Dla poszczególnych pomiarów norma określa dopuszczalne odchyłki. Przykładowe wartości dopuszczalnych odchyłek dla wybranych pomiarów zawarte są w tabl. V-3. dokładnością.

Tablica V-3. Dopuszczalne wartości

odchyłek

(w mm) dla sprawdzania wybranych wielkości obrabiarek

Promieniowe bicie wrzecion tokarek i frezarek (na końcu wrzeciona) Bicie gniazda stożkowego wrzecion tokarek i frezarek przy długości trzpienia kontrolnego 300 mm To samo dla wiertarek pionowych na długości 100+300 mm Osiowe bicie wrzeciona Prostoliniowość i równoległość prowadnic strugarek wzdłużnych na długości 1000 mm Prostoliniowość prowadnic frezarek wzdłużnych na długości 1000 mm Równoległość i prostopadłość różnych elementów frezarek i strugarek poprzecznych na długości 300 mm Równoległość osi wrzeciona tokarki do prowadnic na długości 300 mm w płaszczyźnie pionowej To samo w płaszczyźnie poziomej Prostopadłość osi wrzeciona wiertarki pionowej do powierzchni stołu na długości

300 mm

O,Ol+0,015 0.02+0,0 IS 0,03+0,05 0,01+0,02 0,02+0,03 0,03+0,04 0,02+0,03 0,02+0,03 O.Ol+0,015 0,06+0,IO

J 16

V.

Dokładność

obróbki

Poszczególne błędy części lub zespołów obrabiarki wpływają na błąd wykonania obrabianej części. I tak na przykład, bicie wrzeciona powoduje owal powierzchni toczonej, njerównoległość osi wrzeciona do prowadruc - powstanie stożkowatości. Badanie dokładności obrabiarek w stanie statycznym jest dla współczesnych obrabiarek, pracujących z coraz wyższyrru parametrami skrawania, daleko niedoskonale. Wszystkie bowiem błędy ulegają powiększeniu, gdy obrabiarka znajduje się pod obciążeniem. Stąd dążenie do badania dokładności obrabiarek w starue dynamicznym. Badania te rue są objęte polską normą, ale dla każdej obrabiarki określają je warunki odbioru technicznego (WOT). Dotyczą one między innymi: - próby obrabiarki nieobciążonej (drgarua, poziom hałasu, temperatura oleju, smarowarue itd.), - próby obrabiarki pod obciążeruem; obejmują one ten sam zakres co badania obrabiarki nieobciążonej, jak również sprawdzarue działarua obrabiarki w tych procesach obróbkowych, dla których była ona projektowana. Obrabiarki precyzyjne są wykonywane z dokładnością 2-3 razy wyższą. To jest głównym powodem, że są one znacznie droższe. Przedłużerue łańcucha kinematycznego obrabiarek stanowią uchwyty przedmiotowe. Mogą to być uchwyty uniwersalne, stanowiące wyposażenie obrabiarek (np. uchwyt samocentrujący 3-szczękowy), bądz uchwyty specjalne projektowane i wykonywane dla obróbki określonej części lub grupy części technologicznie podobnych. Tolerancję uchwytów przyjmuje się jako l/5+1/10 tolerancji odpowiednich wymiarów obrabianych części. Dla obróbki części bardzo dokładnych, których tolerancja wykonania jest mała, tolerancję wykonania uchwytów przyjmuje się l /2+ I /3 tolerancji przedmiotu. Konstrukcja uchwytu wpływa wyłącznie na dokładność wymiarów położenia powierzchni przedmiotów obrabianych, natomiast na wyrniar powierzchni wpływa tylko w minimalnym stopniu. Ten wpływ może się uwidocznić wówczas, gdy narzędzie ustawiane jest wg ustawiaka narzędziowego, stanowiącego element uchwytu. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że dokładność obrabiarki maleje w miarę wzrostu zużycia poszczególnych jej części. Stąd istotną sprawą jest odpowiednia jej konserwacja, okresowe badarue jej dokładności, przeprowadzaille remontów bieżących i we właściwym czasie poddawanie jej remontowi kapitalnemu. Uchwyty obróbkowe zabezpiecza się przed zbyt wczesnym wyeksploatowaniem, stosując wymianę zużytych elementów, np. tulejek wiertarskich, kołków ustalają­ cych.

b. DOKŁADNOŚĆ NARZĘDZI Dokładność dokładność tę

przedrruotu obrabianego zależy również od dokładności narzędzi. Na przede wszystkim ma wpływ: dokładność wykonania narzędzi oraz ich

zużycie. Każde narzędzie jest wykonane z określoną dokładnością ujętą polską normą lub normami zakładowymi. W normach tych dla ważniejszych wymiarów są podane dopuszczalne odchyłki. Odchyłki te dotyczą również wzajemnego położerua poszczegól·

2. Czynniki

wpływające

na

dokJadność

obróbki

117

nych powierzchni. Błąd wykonania narzędzi może mieć wpływ na dokładność wykonanego przedmiotu. Szczególnie dotyczy to: - narzędzi wymiarowych; są to przede wszystkim narzędzia do otworów, takie jak: wiertła, rozwiertak.i, pogłębiacze, gwintowniki, przeciągacze oraz frezy do rowków; wykonanie tych narzędzi z błędem w stosunku do określonych tolerancji odbija się bezpośrednio na dokładności przedmiotu obrabianego; - narzędzi kształtowych; do narzędzj tych należy zaliczyć: noże, frezy i ściernice kształtowe; błąd wykonania tych narzędzi odbija się bezpośrednio na obrabianym przedmiocie; - pozostałe narzędzia to: noże tokarskie, strugarskie, frezy walcowe, frezy walcowo-czołowe, głowice frezarskie i inne; błąd wykonania narzędzi tej grupy nie odbija się bezpośrednio na obrabianym przedmiocie; jednak.że i w tym przypadku należy zwrócić uwagę na dokładność ich wykonania; szczególnie dotyczy to narzędzi wieloostrzowych, ponieważ błąd wykonania ich ostrzy może spowodować zmianę kształtu l wymiaru na powierzchni obrabianej i nierównomierne zużywanie się poszczególnych ostrzy; np. frez niewłaściwie naostrzony ma szereg ostrzy wystających, które głównie przenoszą siłę skrawania i zużywają się w pierwszej kolejności. W pewnych przypadkach wpływ na dokładność przedmiotu może mieć uchwyt narzędzjowy. Przykładowo, błąd rozstawienia wrzecion głowicy wiertarskiej wielowrzecionowej będzie wpływał na rozstawienie otworów w przedmiocie obrabianym. Podczas skrawania występują znaczne naciski jednostkowe oraz wysokie temperatury, co powoduje zużywanie się ostrza. Zużycie ostrza pojawia się w postaci zmian geometrycznych związanych najczęściej z ubytkiem materiału. W zaJeżności od warunków obróbki zużycie ostrza może koncentrować się na powierzchni przyłożenia, jednocześnie na powierzchniach przyłożenia i natarcia, lub głównie na powierzchni natarcia. Na dokładność przedmiotu obrabianego największy wpływ ma zużycie na powierzchni przyłożenia. Ubytek materiału z tej powierzchni powoduje, że wymiar przedmiotu obrabianego ulega zmianie. Na przykład przy toczeniu średnica zewnętrzna, w miarę postępującego zużycia, ulega zwiększeniu. Nie ma to większego znaczenia przy toczeniu przedmiotów krótkich, przy obróbce których można okresowo korygować zużycie ostrza. Uwidocznić to się jednak może w przypadku toczenia przedmiotu długiego, np. walka, który na skutek zużywania się ostrza nie będzie miał kształtu walcowego tylko stożkowy. Aby zapobiec temu niekorzystnemu zjawisku, należy przeprowadzać obróbkę z mniejszymi parametrami.

c. SZTYWNOŚĆ UKŁADU TECHNOLOGICZNEGO Obrabiarka, uchwyt (przyrząd), przedmiot obrabiany, narzędzie tworzą tzw. układ technologiczny o-u-p-n. Siły występujące przy skrawaniu łącznie z siłami mocującymi przedmiot obrabiany, powodują odkształcenia poszczególnych elementów, zespołów i całego układu. Wartości tych odkształceń zależą od występujących sił i od sztywności układu. Sztywność układu technologicznego charakteryzuje wskaźnik sztywności, będą­ cy stosunkiem siły składowej FY prostopadłej do obrabianej powierzchni do odksztalcenia fy, czyli

118

V.

Dokladność

j

Niekiedy wygodniej jest nika sztywności, czyli

obróbki

F = .:...L fr

operować podatnością układu, będącą odwrotnością wskaź­

(J)

= iL. FY

Pod

wpływem obciążenia odkształceniom ulegają

nie tylko poszczególne elementy ich powierzchnie stykowe. Wartość tych odkształceń zależy od chropowatości powierzchni i odporności materiału na odkształcenia plastyczne. W pierwszej chwili obciążenia naprężenia dwóch stykających się ze sobą powierzchni są niewielkie i mają charakter odkształceń sprężystych. W miarę jednak zwiększania obciążenia zewnętrznego, naprężenia te szybko wzrastają, przekraczają granice plastyczności i wywołują odkształcenia plastyczne, które zmieniają wymiary części. Ze względu na niejednorodność nierówności są one obciążone w różnym stopniu, co powoduje, że odkształcenia sprężyste i plastyczne występują przy danym obciążeniu równocześnie. Na rysunku V-2 przedstawiono podatność dwóch stykających się ze sobą części, które na skutek chropowatości powierzchni stykowych ulegają pod wpływem obciążenia siłą zespołów,

F

ale

również

odkształceniom sprężysto-plastycznym.

a)

cl

b)

~

~
~1-: ~

-

i

Rys. V-2. Przykłady podatności stykowej: a) bez obciążenia, b) po obciążeniu, c) po odciążeniu llh, - odkształcenie sprężysto-plastyczne, 6h 2 - odkształcenie plastyczne, h - wysokość bez obciążenia, h, - po obciążeniu , 112 - po odciążeniu

Pomiary wskaźnika sztywności przeprowadza się, wprowadzając obciążenie F, i stopniowo zwiększając je od zera do wartości sil skrawania mogących wystąpić w danym układzie oraz odnotowując zachodzące odkształcenia. Na podstawie otrzymanych danych konstruuje się wykres sztywności układu charakteryzujący załeżno§c odkształceń fy od działających sił FY (rys. V-3). Krzywa I przedstawia zmiany występujące przy obciążaniu układu, a krzywa 2 przy odciążaniu. Krzywe te nie pokrywają się, co wynika stąd, że na pełną wartość odkształceń składają się odkształ· cenia sprężyste oraz plastyczne. Pole pomiędzy krzywymi przedstawia pracę zużytą na pokonanie sił tarcia przy

2. Czynniki

wpływające

na

dokładność

119

obróbki N

Fr 600Qt-----
Rys. V-3. Wyk.res

zależności odkształceń

łającej siły

(opis w

od dzia-

tekście)

poszczególnych zespołów o różnych masach oraz na odkształcenfa plastyczne. W wyniku podatności układu może nastąpić przemieszczenie narzędzia. W przypadku tokarki będzie to przemieszczenie pozjome o wartość fr (rys. V-4). Spowoduje to przyrost średnicy D toczonego wałka o 2fy, czyli przesunięciach

Rys. V-4.

Wpływ

przemieszczenia poziomego przyrost śred ni cy

noża

na

Na sztywność analizowanego układu dość istotny wpływ ma uchwyt. Z reguły uchwyty mają małą sztywność. Dotyczy to zwłaszcza uchwytów tokarskich wykonują­ cych ruch obrotowy. Bardzo istotną rolę w układzie technologicznym odgrywa obrabiany przedmiot. Na rysunku V-5 pokazano wpływ ugięcia wałka na jego kształt i wymiary. Dla wyelimino-

120

V.

Dokladność

obróbki

L

L

2

L

2

-

f

Rys. V-5. Wptyw ugięcia walka na jego kształt i wymiary /-posuw

Rys. V-6. Zamocowanie rulei cienkościennej w szczękach twardych: a) przedmiot zamocowany przed obróbh otworu, b) przedmiot po obróbce otworu, c) przedmiot po odmocowaniu

wania wpływu małej sztywności przedmiotu stosuje się przy obróbce wałków podtrzymki stałe lub ruchome. W przypadku cienkościennych tulei zamocowanie jej w szczękach twardych powoduje odkształcenie (rys. V-6), gdyż przy mocowaruu powstają duże naciski spowodowane liniowym zetknięciem szczę.ki z przedmiotem. Poprawnym rozwiązaniem jest zamocowanie tulei cienkościennej w szczękach miękkich, przetoczonych uprzednio na odpowiedni wymiar (rys. V-7). W tak.im przypadku następuje styk powierzchniowy, a więc naciski ulegają zmniejszeniu. Innym sposobem zabezpieczają­ cym przedmiot przed odkształceniem, a polegającym na rozłożeniu nacisków aa większej powierzchni, jest zastosowanie tulejki zaciskowej (rys. V-8).

2. Czynniki

/CP."'

// 0 -~ ·.'/

./ . il

.

I.

wpływające

na

dok.ładno§ć

121

obróbki

"'\\

\':\

-· --H-·-~ :?k-·-·+T---

·.

! '·"-.. /1...

I -~ . ..

·---f/~

I

Rys. V-8. Tuleja

Rys.

w

szczękach miękki ch

cienkościenna

zamocowana w tulejce zaciskowej

Rys. V-9.

Na

v.7. Tuleja cienkokienna zamocowana

Wpływ

przemieszczenia pionowego na przyrost średnicy

sztywność narzędzia duży wpływ

n oża

ma technolog, który dobiera lub projektuje Szczególnie chodzi tutaj o właściwy przekrój trzonka, np. noża tokarskiego, o jego wysięg z imaka narzędziowego. Ug ięcie narzędzia pod wpływem siły skrawania F, powoduje również zmjanę średnicy toczonego przedmiotu (rys. V-9). Średnica toczonego wałka wynosi w przybliżeruu : narzędzie.

2f2

D 1 ::: D+ --'. D

122

V.

Dokładność

obróbki

Sztywność narzędzi

trzpieniowych, takich jak wiertla, pogłębiacze, rozwiertaki zwiększa się przez zastosowanie w uchwytach wiertarskich i wytaczarskich dodatkowego podparcia w postaci tulejek wiertarskich.

d. ODKSZTAŁCENIA CIEPLNE TECHNOLOGICZNEGO Istotny

wpływ

na

dokładność

UKŁADU

obróbki

mają odkształcenia

cieplne, jakie

mogą

powstać w procesie obróbki. Źródłami ciepła mogą być: ciepło dostarczone przez

otoczenie, ciepło powstałe w procesie skrawania, depło wydzielone podczas pracy mechanizmów obrabiarek. Ciepło dostarczone przez otoczenie może powodować nagrzewanie się poszczególnych zespołów obrabiarki i ich odkształcenia. Dlatego obrabiarki precyzyjne do prac bardzo dokładnych powinny pracować w pomieszczeniach klimatyzowanych przy ustalonej temperaturze, najczęściej 20°C. Głównym źródłem ciepła jest sam proces skrawania. Wydzielające się w tym procesie ciepło przy toczeniu powierzchni zewnętrznych jest odprowadzane z wiórami w ilości 50+85%; 10+40% ciepła przechodzi do narzędzia, 3+9% zostaje w przedmiocie obrabianym, a około 1% przejmuje otoczenie. Poważnym źródłem ciepła są mechanizmy pracującej obrabiarki, jak silniki elektryczne i zespoły układów hydraulicznych, oraz praca tarcia występująca we współpracujących częściach. Źródła te działają naturalnie na cały układ o-u-p-n, powodując odkształcenia poszczególnych jego członów. Istotnym czynnikiem w całym układzie, mającym wpływ na dokładność przedmiotu obrabianego, jest sama obrabiarka. Ilość ciepła oddziałującego na poszczególne zespoły obrabiarki jest różna, dlatego różne są ich odkształcenia. Obliczenia odkształceń cieplnych są bardzo złożone i w praktyce należy je określać doświadczalnie. Nie można tych odkształ­ ceń uniknąć. należy więc dążyć do tego, ażeby były one stałe. Zmniejszenje wpły­ wu oddziaływania ciepła można osiągnąć przez: bieg luzem obrabiarki przed rozpoczęciem pracy, klimatyzację pomieszczeń, unikanie dłuższych przestojów obrabiarek, stosowanie termostatów dla płynu obróbkowego lub oleju w napędach hydraulicznych. Nagrzewanie obrabiarki następuje nierównomiernie. Dopiero po pewnym czasie pracy poszczególne jej elementy uzyskują w przybliżeniu temperaturę stałą, zwaną temperaturą stabilizacji. Osiągnąć ją można przez stosowanie tzw. biegu luzem przed rozpoczęciem właściwej pracy . Wpływ zmian temperatury otoczenia na wielkość odkształceń cieplnych poszczególnych części i zespołów obrabiarki można uniknąć, umieszczając obrabiarkę w klimatyzowanym pomieszczeniu. Dotyczy to zwłaszcza bardzo dokładnych obrabiarek, np. wiertarek współrzędnościowych . Postulat unikania dłuższych przestojów obrabiarki wynika z faktu, że nagrzewanie poszczególnych części i całej obrabiarki następuje szybciej niż ich chłodzenie. Jeżeli obrabiarka pracuje normalnie, tylko z przerwami na wymianę przedmiotu, to można przyjąć, że odkształcenia cieplne pozostają stałe.

2. Czynniki Od.kształcenia

wpływające

na

dokladno§ć

obróbki

123

(wydłużenia) przedmiotu obrabianego występują w wyniku w procesie skrawania. W celu zmniejszenia niekorzystnych wpływów jego oddziaływania należy stosować intensywne chłodzenie, zwiększenie prędkości skrawania, mocowanie elastyczne przedmiotu obrabianego. Stosowanie płynu obróbkowego powoduje, że zdecydowana ilość ciepła jest odprowadzana z wiórami i płynem, a tylko znikoma jego (ciepła) część przechodzi do przedmiotu obrabianego i narzędzia. Natomiast wzrost prędkości skrawania powoduje, że ciepło odprowadzane jest poprzez wióry, a temperatura przedmiotu obrabianego pozostaje stała. Ażeby uniknąć odkształcenia przedmiotu na skutek jego sztywnego zamocowania, w przypadkach w których znaczna ilość ciepła może przejść do przedmiotu obrabianego, powinno się stosować zamocowanie elastyczne (pneumatyczne, hydrauliczne itp.). Ostatnim ogniwem układu obrabiarka-przedmiot-narzędzie jest narzędzie. Wpływ oddziaływania ciepła na narzędzie jest znacznie mniejszy aniżeli jego oddziaływanie na \)t'Ledmiot obrabiany i obrabiarkę. Praktycznie wpływ ten można pominąć przy stosowaniu pŁynu obróbkowego, który zdecydowanie chłodzi ostrze narzędzia. Stosowane dzisiaj powszechnie ostrza z węglików spiekanych, których przewodność cieplna jest mniejsza niż stali, powodują znaczne zmniejszenie wydłużenia trzonka noża. Rozpatrując oddziaływanie ciepła na narzędzie, należy mieć na uwadze również jego kształt i pracę. Z punktu widzenia oddziaływania ciepła znacznie korzystniejsza jest praca ostrza freza od ostrza noża. Ostrze freza pracuje przez krótki czas a następnie jest chłodzone, natomiast ostrze noża tokarskiego wykonuje pracę ciągłą.

cieplne

wydzielającego się ciepła

e. NAPRĘŻENIA WLASNE Przyczyną powstawania naprężeń własnych jest nierównomierna rozszerzalność liniowa i objętościowa, jaka występuje przy nagrzewaniu i chłodzeniu półfabrykatów i przedmiotów obrabianych. Żródłem powstawania naprężeń mogą być również procesy dyfuzyjne zachodzące przy obróbce cieplno-chemicznej oraz zgniot, który może wystąpić w operacjach obróbki plastycznej, np. operacji prostowania. Sam proces skrawania staje się w wielu przypadkach również źródłem powstawania naprężeń. Dotyczy to zwłaszcza obróbki zgrubnej, tam gdzie ma miejsce zmienność oporów skrawania oraz w tych operacjach, w których występują wysokie temperatury. Taką operacją jest np. szlifowanie. Istniejące w przedmiocie naprężenia własne stają się przyczyną błędów obróbki. Powinny być one usunięte, aby przy wyzwalaniu się nie powodowały odkształceń. Naprężenia powstałe w półfabrykatach (w odlewach, odkuwkach, konstrukcjach spawanych) usuwa się przed operacjami obróbki skrawaniem, po oczyszczeniu półfabrykatu. Dotyczy to jednak półfabrykatów prostych, o niewielu obrabianych powierzchniach. Dla c~ści o skomplikowanych kształtach, o wielu powierzchniach podlegających obróbce, operacje odprężania powinno się planować po przeprowadzeniu obróbki zgrubnej, po zdjęciu np. naskórka odlewniczego, gdyż wówczas proces wyzwolenia naprężeń przebiega znacznie łatwiej i usunięcie ich jest pewniejsze. Odprężanie może być naturalne lub sztuczne.

124

V.

Dokładność

obróbki

Odprężanie

naturalne, coraz rzadziej stosowane i to tylko dla części gabarytowo polega na poddaniu ich działaniu atmosferycznemu, głównie zmianie temperatury. Wyzwalanie naprężeń przebiega jednak wtedy bardzo wolno (do jednego roku). Powszechnie stosowane jest odprężanie sztuczne za pomocą wyżarzania odprężają­ cego. Polega ono na podgrzaniu części do odpowiedniej temperatury (z reguły niższej od temperatury przemiany perlitycznej), wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym studzeniu razem z piecem. Operacja ta w porównaniu z odprężaniem naturalnym trwa znacznie krócej, co najwyżej kilka dni. Spadek naprężeń własnych przy tej metodzie odprężania, w odlewach żeliwnych przedstawiono na rys. V-JO. dużych,

100 %

80

~

.E

60

;i;

~ 40 -~

~ 20

zo

o

200

400 °C

600

Rys. V-IO. Spadek naprężeń własnych w odlewach przy wyt.arz.aniu odprężającym

żeliwnych,

Do części bardzo dokładnych, w celu usunięcia naprężeń powstałych w trakcie obróbki skrawaniem, po obróbce kształtującej i podczas obróbki wykańczającej (np. po obróbce wykańczającej wstępnej) stosuje się obróbkę cieplną zwaną stabilizowaniem. Polega ona na wygrzewaniu stali w temperaturze 100+160°C przez dłuższy czas - kilkanaście do kilkudziesięciu godzin. Mniej skutecznym sposobem odprężania sztucznego jest opukiwanie wiszącego korpusu młotkami pneumatycznymi. Opukuje się przede wszystkim węzły, w których występuje najczęściej nierównomierne stygnięcie powodujące powstawanie naprężeń. Metodę tę stosować należy ostrożnie. Jej skuteczność należy każdorazowo indywidualnie wypróbować, dokonując odpowiednich pomiarów po takim odprężaniu . Nowym sposobem usuwania naprężeń jest metoda wibracyjna eliminująca dłu­ gotrwałe procesy termiczne. Może ona być stosowana wszędzie tam, gdzie nie można korzystać z obróbki cieplnej, a transport części, ze względu na ich wielkość, bę­ dzie kłopotliwy. Przebieg procesu przy metodzie wibracyjnej jest krótki i trwa 10+30 min, w zależności od wielkości części. Po operacji odprężania wibracyjnego wszystkie właściwości wytrzymałościowe i strukturalne materiału pozostają nie zmienione. Usuwanie naprężeń metodą termiczną polega na doprowadzeniu do przedmiotu określonej energii cieplnej. Przy stosowaniu zaś metody wibracyjnej energia ta zostaje doprowadzona w postaci drgań elektromechanicznych o niskiej częstotliwości, w granicach do 100 Hz. Na zmniejszenie naprężeń duży wpływ mają konstruktorzy, którzy przez systematyczne wprowadzanie zmian oraz badania mogą opracować taką konstrukcję, która nie

2. Czynniki

wpływające

na

dokładność

obróbki

125

będzie wymagała odprężania, gdyż po prostu nie powstaną w rueJ naprężenia. Wymaga to jednak długiego czasu i na doświadczenie w tym zakresie można sobie pozwalać wtedy, gdy produkcja jest ustalona i nie przewiduje się zmian konstrukcyj-

nych. Istnieją przypadki, gdy naprężenia wtasne są pożądane i są celowo wprowadzane. Dotyczy to naprężeń ściskających w warstwie przypowierzchniowej. których wprowadzenie przez obróbkę nagniataniem, powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczenio­ wej.

f. DRGANIA Drgania w procesie obróbki są zjawiskiem niepożądanym, gdyż mają negatywny wplyw na dokładność obróbki, powodując przede wszystkim zwiększenie chropowatości i falistości powienchni. Zachodzą one w masowo sprężystym układzie obrabiarka-uchwyt-przedrruot obrabiany-narzędzie (o-u-p-n) ze swoistymi właściwościami tłumią­

cymi. Drgania występujące w procesie obróbki skrawaniem można podzielić na: swobodne, wymuszone, parametryczne i samowzbudne. Drgania swobodne zachodzą wówczas, gdy na układ nie działa żadna siła wymuszająca, a stan równowagi został w dowolny sposób naruszony. Ma to miejsce przede wszystkim we wszystkich obrabiarkach mających ruch posuwisto-zwrotny. Szczególnie wpływ tych drgań można zauważyć przy szlifowaniu otworów podczas uderzania ściemky o przedmiot w punktach zwrotnych. To samo zjawisko można zauważyć na strugarkach wzdłużnych oraz podczas obróbki przerywanej. Hamowanie przesuwających się mas przy dochodzeniu do punktów zwrotnych może zmniejszyć ujemny wpływ tych drgań na dokładność obróbki. Drgania wymuszone występują wówczas, gdy oddziaływania zewnętrzne na układ o-u-p-n są zmienne w czasie. Drgania wymuszone mogą być wzbudzane przenoszonymi przez fundament drganiami generowanymi przez inne maszyny. Jedną z dróg zapobiegających tym drganiom jest wzmocnienie fundamentu, stosowanie wibroizolatorów itp. Przyczyną drgań wymuszonych są także niewyważenia części obrotowych: ściernic, wirników, kół zębatych, kół pasowych. Występują one także przy przerywanej pracy ostrzy, co ma miejsce w procesie frezowania i przeciągania. Drgania te charakteryzują się stałą wartością amplitudy zależną od parametrów oddziaływania zewnętrznego i właściwości dynamicznych układu o-u-p-n. Drgania parametryczne występują w układzie o-u-p-n bez udziału sił zewnętrznych. Drgania te są wywołane zmianami parametrów układu, mającymi wpływ na równanie ruchu drgającego. Mogą to być drgania wrzeciona wiertarko-frezarki, wysuwającego się w sposób ciągły z wrzeciennika, drgania wirnika o z1niennej sztywności itp. Drgania samowzbudne związane są bezpośrednio z pojęciem stabi lności ruchu. Układ jest stabilny, jeżeli nie występują w nim drgania po przejściowym pobudzeniu. W przeciwnym przypadku układ jest niestabilny. Drgania występujące przy pobudzaniu układu niestabilnego nazywają się drganiami samowzbudnymi. W obrabiarkach mogą one występować zarówno w czasie ruchu jałowego, jak i roboczego. Przykładem

126

V.

Dokładność

obróbki

przyczyny powstawania drgań samowzbudnych może być zmienność sił tarcia spływają­ cego wióra na powierzchnię natarcia noża (rys. V-11). Występują one również przy przemieszczaniu się ciężkich suportów po prowadnicach ślizgowych.

I

I

"

~

I

-o

I\

'/

./

100 200 300 400 500 600 m/min Prędkość sl
Rys. V-I J. Schemat ruchu drgającego toczeniu a - amplituda drgań

noża

przy

Rys. V-12. syw ność

Wpływ prędkości

skrawania na intenSt3, a= 1,0 mm, = 0,4 mm/ obr, y 0 == - !0+15°

drgań;

f

materi.ał

Na wielkość drgań samowzbudnych mają również wpływ parametry obróbki. Na rysunku V-12 przedstawiono wpływ prędkości skrawania na amplitudę tych drgań. Istotny dla technologa jest przedział występowania drgań oraz wartości prędkości skrawania odpowiadające maksymalnej amplitudzie. µm

µm ·c30 o

·c 30

~ 25

"O

.g

20

:[ 15 E o 10

g

I

~

o

/

~20

\

'a.15

I".

E

"""

~ 10 c V ;~ 5

"'t--..., i.._

0,1 0.2 D.3 QI. Q.5 0,6 0,7 0.8 mm/obr

&o

Posuw f

Rys. V- 13.

/

-bzs

.

Wpływ

posuwu na intensywność St3, y 0 = 5+20°

materiał

drgań;

Rys. V-14.

/

V

....

--

\ ·,

l/ 0.5 1.0 1,5 2.0 2.S 3.0 3.5 4.0 mm Głębokość skrowonia a Wpływ głębokości

sywność drgań; materiał

skrawania na intenSt3. a 0 = 3+20°

Inny charakter ma wpływ wartości posuwu na intensywność drgań samowzbudnych; maleje ona w miarę wzrostu posuwu (rys. V -13). Wpływ głębokości skrawania na amplitudę drgań samowzbudnych przedstawiono na rys. V-14, z którego widać, że wzrost głębokości skrawania zwiększa intensywność drgań. Na wielkość drgań ma również wpływ stereometria ostrza. Na przykład wzrost promienia zaokrąglenia ostrza zwiększa amplitudę drgań. Układ o-u-p-n należy traktować jak układ dynamiczny i przestrzenny. Dlatego wytworzone w nim drgania mają rówrueż charakter przestrzenny. Wypadkowe drgania powstające w tym układzie wygodniej jest rozpatrywać jako składowe rozmieszczone

2. Czynniki

wpływające

na

dokładność

obróbki

127

wzdłuż osi przestrzennego prostokątnego układu współrzędnych związanego z przedmiotem obrabianym lub narzędziem. Na dokładność obróbki, falistość i chropowatość wzdłużną powierzchni przedmiotu obrabianego mają wpływ składowe drgań w kierunku prostopadłym do tej powierzchni. Charakter wpływu tych drgań zależy od ich częstotliwości oraz prędkości względnego ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego. Długość 11 fali odwzorowanej na powierzchni obrabianej można wyznaczyć z za leżności V

l =!

f'

gdzie v - prędkość skrawania, f - częstotliwość drgań. Przy małej prędkości skrawania oraz dużej częstotliwości drgań, długość fali jest bardzo mała i widoczny jest wptyw drgań w zakresie mikrogeometrii, tj. chropowatości powierzchni. Natomiast przy dużej prędkości i małej częstotliwości drgań długość fali będzie duża i wpływ drgań będzie widoczny w zakresie makrogeometrii. Wpływ tych drgań będzie się objawiał przede wszystkim w tzw. falistości. Składowe drgań zgodne z kierunkiem prędkości skrawania wpływają także na dokładność wymiarowo-kształtową przedmiotu obrabianego. Mogą one być przyczyną takich błędów, jak stożkowatość zewnętrznych powierzchni walcowych i otworów, nierównoległość tych powierzchni itp. Ze względu na to. że drgania podczas obróbki są szkodliwe, należy im przeciwdziałać. Poza samą konstrukcją obrabiarki, na którą technolog nie ma większego wpływu, poszczególne operacje wykonywane na niej powinny być starannie opracowane. Należy szczególną uwagę zwrócić na sztywne zamocowanie przedmiotu, stosować narzędzia o odpowiednim przekroju i małym wysięgu, w niektórych przypadkach, np. wytaczadłach, stosować eliminatory drgań. Nie bez znaczenia są badania obrabiarek pod obciążeniem, ażeby uzyskać dane dotyczące zakresu prędkości obrotowych, przy których drgania nie występują lub nie przekraczają wa1tości dopuszczalnych.

g. DOKŁADNOŚĆ POMIARÓW Dokładność pomiaru jest określona błędem pomiaru, który stanowi różnicę pomię­ dzy wynikiem pomiaru a wartością wielkości mierzonej. Przyczyną tej niezgodności, która występuje przy każdym pomiarze. jest wpływ różnych nieuniknionych czynników zakłócających pomiar. Wpływ każdego czynnika powoduje błąd cząstkowy, ze współ­ działania zaś wszystkich czynników zakłócających, występujących w pomiarze, powstaje błąd sumaryczny Błędy pomiaru zależne są przede wszystkim od: narzędzia pomiarowego, pracownika wykonującego pomiar, metody pomiaru, warunków otoczenia, obliczenia wyniku. Inna klasyfikacja błędów pomiaru dzieli je na systematyczne i przypadkowe. Błędy systematyczne są to błędy, które w serii pomiarów tej samej wielkości są stałe lub zmieniają się wg określonego prawa. Błędy przypadkowe są zwykłe wynjkiem

128

V.

Dokładność

obróbki

współdziałania wielu przyczyn, do których można zaliczyć: zmienne tarcie, odkształ­ cenia i luzy w narzędziu mierniczym, drgania, wahania temperatury. Każda z tych przyczyn może działać w kierunku zwiększenia wyniku pomiaru albo w kierunku jego zmniejszenia.

h. DOKŁADNOŚĆ NASTAWIBNIA OBRABIARKI Jednym z podstawowych czynników mających wpływ na dokładność przedmiotu obrabianego jest sposób nastawienia układu o-u-p-n. Wpływa on głównie na dokładność uzyskiwanych wymiarów. W celu uzyskania wymaganego wymiaru operacyjnego trzeba zapewnić ściśle określone położenie krawędzi skrawającej narzędzia w stosunku do bazy obrabianego przedmiotu. Położenie takie można uzyskać, stosując metodę próbnych przejść lub metodę nastawienia obrabiarki (rys. V-15). UZVSKIWANIE WYMAGANEGO POŁOŻENIA KRAWĘDZI SKRAWA)ĄCEJ WZGLĘDEM

BAZ OBROBKOWYCH

Metodo wg próbnych

Noslow1on1e obrabiarek

przejść

r----------, r:-------;-1 6 I I -* Pojedynczego l ! Zespołu I e narzędzia I narzędzi ~~ I I a.

I

l ~

I~ I~

L~

I No Jeden wymiar

) 1

________ J

I

. . .

Nodwo 1"'.'ięce_i f wym1orow I 1

przedmiotów

~ ·Q

1

iii ~ I o_ '-------~--J

Dynamiczne

Według próbnych

I I Q .§ l N·N

~~

Sto czne

Wed~ug wzorców ( szd:>lony. ustawiaki)

Rys. V- 15. Klasyfikacja uzyskiwania wymaganego położenia kowych

Z wyl
krawędzi skrawającej względem

baz obrób·

Me to d a o b r ó b ki we d ł u g p r ó b n y c h przej ś ć (nazwana też metodą wg pomiarów) polega na ustawieniu ostrza na niewielką głębokość, obróbce niewielkiego fragmentu powierzchni i dokonaniu pomiaru, a następnie przeprowadzeniu korekty ustawienia ostrza za pomocą skal na pokrętłach czujników lub innych przyrządów. DJa uzyskania dokładnych wymiarów cykl obróbki próbnej przeprowadza się dwu- lub niekiedy nawet trzykrotnie. Metoda obróbki według przejść znajduje zastosowanie głównie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Zaletą jej jest wyeliminowanie wpływu wahań naddatku operacyjnego, który dla różnych partii może być różny i zależny od właściwości mechanicz-

2. Czynniki

wpływające

na

dokładność

129

obróbki

nych materiału obrabianego i stanu ostrza. Wadą zaś jest znaczne wydłużenie czasu przygotowawczo-zakończeniowego związanego z wykonywaniem próbnych przejść, przeprowadzeniem pomiarów i korekty nastawienia ostrza. Met odę n as ta wie n i a obr ab i ark i stosuje się w produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej. Metoda ta polega na wykonaniu szeregu czynności odnoszących się do ustawienia narzędzia, elementów roboczych obrabiarki lub uchwytu, które zapewnią otrzymanie wymiaru operacyjnego na przedmiocie w założonym polu tolerancji. Rozróżnia się dwa podstawowe sposoby nastawiania obrabiarki: nastawianie dynamiczne (metoda próbnych przedmiotów) i nastawianie statyczne wg ustawiaków, wzorców oraz z wykorzystaniem innych urządzeń, np. stolików ustawczych (rys. V-16). ·-- ~

I

I

Rys. V-16. Ustawienie narzędzia wg ustawiah 1 i płytki ustawczej 2

Nastawienie obrabiarki metodą próbnych przedmiotów polega na ustawieniu narzę­ dzia w położeniu zbliżonym do właściwego. wykonaniu próbnego przedmiotu, przeprowadzeniu pomiaru i, odpowiednio do uzyskanych wyników, skorygowaniu położenia narzędzia. W metodzie tej część próbnych przedmiotów może być brakarni; dlatego znajduje ona zastosowanie przy obróbce przedmiotów o prostych kształtach (ewentualna strata nie będzie związana z dużymi kosztami) oraz przedmiotów obrabianych małą liczbą narzędzi.

Nastawienie obrabiarek według wzorca wykonuje się przy niepracującej obrabiarce, dlatego ten sposób nastawienia klasyfikowany jest jako statyczny. Narzędzie ustawia się wg wzorca, szablonu lub ustawiaka z ewentualnym wykorzy!>taniem płytki ustawczej (rys. V-17 i V-18). X X

<>

X X

<>

o

<> Rys. V-17. Nastawienie

noży

za

pomocą

wzorca

Rys. V-18. Nastawienie zespołu noży wg ustawiaka trzpieniowego

130

V.

Dokladność

obróbki

Istotną różnicą pomiędzy

nac;tawianiem statycznym a nastawianiem dynamicznym próbnych przedmiotów jesr konieczność uwzględniania odkształceń układu o-u-p-n pod działaniem sił skrawania. Przy nastawianiu obrabiarek metodą próbnych przedmiotów odkształcenia układu są już ujęte w sposobie nastawienia. Przy nastawianiu wedrug wzorca muszą być one uwzględnione. Metoda nastawienia obrabiarki może być jeszcze rozpatrzona jako złożona i współ­ zaJeżna. Przez nastawienie złożone rozumie się nastawienie narzędzi jednocześnie na więcej niż jeden wymiar. Natomiast nastawienie współzależne dotyczyć będzie narzędzi pracujących w zespole. W praktyce różne rodzaje nastawień mogą występować jednometodą

cześnie.

3.

BŁĘDY

, , OBROBKI PARTII PRZEDMIOTOW

W produkcji serii przedmiotów powstają błędy, które można podzielić na błędy systematyczne i błędy przypadkowe. Systematycznymi są takie błędy, które dla wszystkich przedmiotów rozpatrywanej serii pozostają stałe bądź też zmieniają się stopniowo przy przejściu od jednego obrabianego przedmiotu do następnego. Przypadkowymi są błędy, które dla różnych przedmiotów rozpatrywanej serii mają różne wartości, przy czym pojawienie się icb nie podlega żadnym uchwytnym prawom. Przy analizowaniu operacji procesu technologicznego należy się liczyć z istnieniem zarówno błędów systematycznych, jak przypadkowych, które si~ sumują, co naturalnie utrudnia ocenę wartości błędów. Dużą pomocą w takich przypadkach jest wykreślenie krzywej rozkładu błędów . Dla wykreślenia krzywej rozkładu błędów , wszystkie przedmioty rozpatrywanej serii z danej operacji dzieli się wg wartości określonego wymiaru na kilka grup, nie mniej niż 5, przy czym Jjczba grup powinna być nieparzysta. Podział następuje w ten sposób, aby do każdej grupy należały przedmioty mieszczące się w granicach określonego przedziału. Wymiary odkłada się na osi odciętych, liczby przedmiotów wchodzących do każdego przedziału - na osi rzędnych. Uzyskane punkty łączy s ię prostymi (rys. V-19). Otrzymana linia łamana, przy zwiększaniu liczby przedmiotów w serii i liczby przedziałów, przybiera coraz bardziej kształt krzywej. W ten sposób otrzymuje się krzywą rozkładu błędów .

f1

I"'-

1

I

~

>---~

~

/ ..c.~

I

'-l..o.._

Wiel kość wymia ru

Rys. V- 19. Krzywa

rozkładu błędów

dla partii przedmiotów

3.

Błędy

131

obróbki partii przedmiotów

Na podstawie badań przeprowadzonych przez wielu autorów można przyjąć, że krzywe rozrzutu podlegają prawu rozkładu normalnego i są one zbliżone do krzywej Gaussa. Równanie tej krzywej wyraża się wzorem: l

y=

gdzie x -

odcięta,

rzędna,

y-

x,r xśr

n - liczba wszystkich

wartości

a=

=

x, a -

(x-x„)'

a...fht średni

e""

'

wymiar przedmiotu, przy czym

x 1 +x2 + ... +xn n średni

.

rozrzut kwadratowy równy

(x, -xś,)2+ (x2 -xś,)2 + ... +(xn -xś, )2 n

Teoretycznie krzywa rozrzutu rozciąga się w kierunku osi x do nieskończoności, asymptotycznie zbliżając się do tej osi. Krzywa ta ma dwa punkty przegięcia dla x =±a. Do obliczeń praktycznych przyjmuje się wartości odciętych x == ±3a. Kształt krzywej Gaussa zmienia się w zależności od wartości a (rys. V-20). Przy rozrzucie najmniejszym krzywa jest smukła i bardziej stroma. y

a =2

X

Rys. V-20.

Kształty

krzywych Gaussa c!Ja

różnych średnich

rozrzutów lcwadratowych

a

Analiza krzywych rozrzutu pozwala określić prawdopodobieństwo zachowania wymaganej tolerancji obrabianego przedmiotu (rys. V-21). Pole zawarte pomiędzy krzywą rozrzutu i osią odciętych przedstawia całkowitą liczbę obrabianych przedmiotów danej serii. Jeżeli na osi odciętych zostanie naniesiona tolerancja T przedmiotu, określona odchyłką dolną a 1 i górną a 2 , to część pola (zakreskowana) wskazuje na liczbę przedmiotów mających wymiary zgodne z wymaganą tolerancją, a pozostała część pola - liczbę braków. Tak więc prawdopodobieństwo otrzymania przedmiotów w granicach tolerancji równa się stosunkowi pola zakreskowanego do całego pola pod krzywą. Odsetek braków natomiast będzie się równał stosunkowi pola nie zakreskowanego do całego pola.

132

V.

a,

Dokładność

T

obróbki

Rys. V-21. Prawdopodobieństwo otrzymania obrabianych przedmio16w w granicach tolerancji

a

Charakter krzywej rozrzutu daje pogląd na przebieg procesu obróbki. Przeprowadzaregularne badania rozrzutu odchyłek, można dla produkcji wielkoseryjnej i masowej określić normatywy dokładności dla każdej operacji.

jąc

„,

4. EKONOMICZNA

DOKŁADNOSC

„ OBROBKI

Ekonomiczna dokładność jakiegokolwiek sposobu obróbki, na danym stopniu rozwoju techniki, jest dokładnością osiąganą w normalnych warunkach pracy, przy właś­ ciwym wyposażeniu i odpowiednich kwalifikacjach pracownika oraz przy kosztach niższych niż przy innych sposobach możliwych do zastosowania w danym przypadku. Dokładność osiągana przy określonym sposobie obróbki zależy od wielu czynników, z których najważniejszym jest koszt, a więc i czas wykonania. Zależność między czasem t obróbki a dokładnością L1 można wyrazić wzorem: A Llk,

t= -

gdzie A - stała, k - współczynnik. Z zależności tej wynika, że ze wzrostem dokładności czas wykonania a zatem i koszt wzrasta (rys. V-22). Krzywą tę można podzielić na trzy II

I

\ \ o

\ \

\ \

\

\

\ \ ............

--- ---

Dokładność

A

A

il

Rys. V-22.

Zależno~ć

kładności

kosztu obróbki od dowykonania (opis w tekście)

Rys. V-23. Zależność kosztu obróbki od dokladnoki toczenia i szlifowania (opis w tekście)

r

4. Ekonomiczna

dokładność

obróbki

133

odcinki: A, B i C. Odcinek A przebiega prawie równolegle do osi rzędnych, co oznacza, że zwiększając koszt obróbki uzyskuje się zaledwie niewielkie zwiększenie dokładności . Odcinek B odpowiada takim warunkom, w których nawet niewielkie zwiększenie czasu obróbki powoduje znaczne zwiększenie dokładności. Analiza odcinka C wskazuje, że nawet nieznaczne zmniejszenie kosztu obróbki powoduje znaczną zmianę dokładności . W podanych przypadkach dokładność odpowiadająca odcinkowi B krLywej jest dokładnością ekonomiczną. Dla różnych sposobów obróbki istnieją określone granice dokładności ekonomicznej. Na rysunku V-23 przedstawiono koszt obróbki wałka przy toczeniu (krzywa /) i przy szlifowaniu (krzywa ll). Krzywe te przecinają się w punkcie A, dla którego dokładność obróbki wynosi L1 i jest ona ekonomiczna zarówno dla toczenia, jak i szlifowania. Jest sprawą oczywistą, że przy wymaganej większej dokładności, za bardziej ekonomiczne należy uważać szlifowanie, przy mniejszej zaś dokładności toczenie. Dokładność ekonomiczną należy traktować jako orientacyjną przy projektowaniu procesu technologicznego obróbki. Dokładność ta powinna być korygowana w zależno­ ści od sposobu obróbki oraz konkretnej obrabiarki.

Rozdział

VI

, ,

JAKOSC WYROBU

wyrobu rozumie się zespół właściwości decydujących o stopniu przydatności wyrobu w określonych warunkach użytkowania. Jakość wyrobu w ogólnym przypadku jest wynikiem połączonego oddziaływania trzech najważniejszych etapów związanych z jego powstaniem. Są to: jakość określona w procesie projektowania wyrobów, jakość uzyskana w procesie technologicznym, jakość kształtowana w procesie eksploatacji wyrobu. Konstruktor określa cechy jakości wymagane ze względu na funkcję, jaką dany wyrób ma spełniać, a technolog decyduje, w jakim stopniu zostaną one osiągnięte w procesie wytwarzania. Użytkownik natomiast uzyskuje gotowy wyrób i jego zadaniem jest właściwa jego eksploatacja. Przez

jakość

1. RODZAJE JAKOŚCI WYROBU Jakość

wyrobu

może być określona pojęciem jakości

technologicznej oraz

jakości

użytkowej.

Jakość technologiczna jest to zespół cech wyrobu (rys. VI-1) uzyskany po zakoń­ czeniu procesu wytwarzania. Do podstawowych cech określających jakość technologiczną zalicza się: właściwości materiału wyrobu, dokładność wyrobu oraz właściwości warstwy wierzchniej. Podane cechy należy traktować równorzędnie, gdyż są one ze sobą powiązane. Przykładowo: chropowatość powierzchni jako podstawowa cechy warstwy wierzchniej

Jokość łechnolog1czno

Wtaściwości

Dokładność

materiału

wyrobu

Rys. V1-1.

Jakość

wyrobu

Wtaściwości

warstwy

wierzchniej

technologiczna wyrobu

2. Warstwa wierzchnia i czynniki Jakość użytkowo

Funkcionalność

wyrobu

Trwałość. zużycie i niezawodność wyrobu

135

ją kształtujące

wyrobu

Wska:źniki

ekonomiczne

nabycia i

użytkowania

Estetyko wyrobu r inne

Rys. VI-2. Jakość użytkowa wyrobu

jest ściśle

związana

z właściwością maceriału wyrobu. Warstwa wierzchnia i czynniki ją omówione w p. 2 niniejszego rozdziału. Jakość użytkowa jest to zespół cech wyrobu (rys. VI-2) umożliwiających jego ocenę w procesie użytkowania. Do podstawowych cech określających jakość użytkową zalicza się: funkcjonalność wyrobu, trwałość, zużycie i niezawodność wyrobu, wskaźniki ekonomiczne nabycia i użytkowania oraz estetykę wyrobu. Podstawową cechą jakości użytkowej wyrobu je.st jego funkcjonalność. Ta cecha zależy przede wszystkim od konstruktora. Rolą technologa jest tak.i dobór warunków wytwarzania, aby zostały spełnione wymagania postawione przez konstruktora. Trwałość i niezawodność wyrobu zależy przede wszystkim od przyczn mają­ cych wpływ na jego zużycie. Do przyczyn tych należy zaliczyć: zużycie cierne. a przede wszystkim ścieralność, zużycie zmęczeniowe, zużycie doraźne oraz zużycie korozyjne. Spośród wymienionych przyczyn zużycia wyrobu dla określonej jego wielkości, największy wpływ ma ścieralność (ok. 90%) i zmęczenie (ok. 8%). Istotny wpływ na jakość użytkową mają takie cechy, jak wskaźniki ekonomiczne dotyczące nabycia, użytkowania oraz estetyka wyrobu. kształtujące zostaną

2. WARSTWA WIERZCHNIA I CZYNNIKI JĄ KSZTAŁTUJĄCE Warstwa wierzchniajest to warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią przedmiotu, obejmująca tę powierzchnię oraz część materiału leżącą w pewnej odległo­ ści od powierzchni rzeczywistej, która wykazuje zmienione cechy fizyczne i niekiedy chemiczne w stosunku do cech materiału w głębi przedmiotu. Cechy warstwy wierzchniej nadane jej w wyniku obróbki przedmiotu mogą zmieniać się na skutek działania czynników eksploatacyjnych, a także bez udziału czynników zewnętrznych, np. w wyniku procesu naturalnego odprężania. Granicę wewnętrzną warstwy wierzchniej stanowi powierzchnia wyznaczona przez punkty, w których występują wrutości graniczne tej spośród cech warstwy wierzchniej, dla której grubość warstwy wierzchniej określona w ten sposób jest największa (rys. VI-3).

136

VI.

Jakość

wyrobu

o b c

V I

Granico wewnętrzna warstwy wierzchniej

c l

I I I

I I I

Rys. Vl-3. Sposób określenia granicy wewnęlrznej warstwy wierzchniej a, b, c - cechy warstwy wierzchmej, h - odległość od powierzchni rzeczywistej, g grubość warstwy wierzchniej, d - wartość graniczna danej cechy

1J

h

g

r-

Przyczyny: cieplno-chemiczne

Przyczyny · mechaniczne

Skutki

Skutki

Zmiany struktury geometl)al'lej powierzchni

OJ

>.1C

OJ

c Ci OJ

Ule lj ~ ·-

wło5c1wości

stref Zmiany składu chemicznego

e~~

~

r

I

I

I l~ fi u

iii' ~

o

'a.

I ~·~ ~

! !

Naprężenia własne

I

(model cieplny l

I

Zmiany innych

I

I' I

I •C OJ

N

"O

a:

l_

właściwości

(jeszcze nieznane) powodujące

Odmienność właściwości

I I

!

Zm1ony twardości

I

'

I

Zmiany struktury metologrof1cznej

Rys. Vl-4. Przyczyny

·I

a. 'iJ {i

·o Zmiany

.,,

I I

;_

Zmiany struktury geometrycznej powierzchni

.c

~ f a.

•C

lio

~

""o

"O

~

~

Il

Zmiany wtaściwośc1 stref Ukierunkowanie ziarn Teksturo Zmiany twardości Naprężenia własne

(model mechaniczny) Zmiany innych właściwości

( jeszcze nieznane)

powstawanie warstwy wierzchniej utworzonej w wyniku obróbki mechanicznej

warstwy wierzchniej od reszty materiału (rdzenia) jest wynikiem przyczyn związanych bezpośrednio z procesem technologicznym wytwarzanego wyrobu. Przyczyny te są wyszczególnione na rys. VI-4. Każda z nich powoduje określone skutki przejawiające się w zmianach właściwości materiału obrabianego i prowadzące do wytworzenia warstwy wierzchniej różniącej się właściwościami od rdzenia.

2. Warstwa wierzchnia i czynniki

ją kształlujące

137

a. BUDOWA WARSTWY WIERZCHNIEJ Budowa warstwy wierzchniej nie jest jednorodna. Składa się ona z wielu warstw. zwanych strefami, z których każda ma inną budowę i inne właściwości (rys. VI-5). Strefa przypowierzchniowa jest to część warstwy wierzchniej przylegająca bezpośrednio do powierzchni rzeczywistej. Może być ona zbudowana z zaabsorbowanych lub z.wiązanych chemicznie z podłożem jonów pochodzących z ośrodka lub części współ­ pro.cujących z przedmiotem. Strefą <,gniotu jest część warstwy wierzchniej, w której nastąpiło odkształcenie plastyczne. Strefa ukierunkowania to część warstwy wierzchniej, w której jest widoczne za pomocą mikroskopu w świetle odbitym ukierunkowanie ziarn materiału. np. na skutek znacznego odkształcenia plastycznego. Strefa efektów cieplnych jest to część warstwy wierzchniej, w której nastąpiły zmiany na skucek procesów cieplnych, np. zmiany wielkości ziarn, przemiany fazowe. reakcje chemiczne.

Rys. Vl-5. Uproszczony model warstwy wierzchniej utworzonej w wynik.u obróbki mechanicznej

Strefą

steksturowania jest część warstwy wierzchniej, w której występuje tekstura, czyli uprzywilejowana (w znaczeniu statystycznym) orientacja kryształów lub ziarn z punktu widzenia icb elementów sieciowych.

b. CZYNNIKI

KSZTAŁTUJĄCE WARSTWĘ

WIERZCHNIĄ

Kształtowanie

warstwy wierzchniej ma miejsce w trakcie poszczególnych operacji procesu technologicznego. Jest ono związane z oddziaływaniem na obrabiany przedrruot trzech podstawowych czynników: mechanicznego, cieplnego. fizykochemicznego.

138

VI.

Jakość

wyrobu

Czynnik mechaniczny, to przede wszystkim oddziaływanie sił skrawania. Je.st ono tym większe, im obróbka jest intensywniejsza. Dotyczy to szczególnie obróbki zgrubnej. Istnieją również sposoby obróbki, w których dla uzyskania określonych właściwości warstwy wierzchniej stosuje się oddziaływanie siłą. Taką obróbką jest np. nagniatanie. Czynnik cieplny występuje w każdej operacji obróbki skrawaniem i obróbki cieplnej, lub cieplno-chemicznej. W przypadku obróbki skrawaniem można założyć. że cała praca skrawania zostaje zamieniona na ciepło. Czynnik fizykochemiczny występuje na skutek oddziaływania ośrodka, w którym zachodzi obróbka. Czynnik ten decyduje przede wszystkim o strukturze strefy przypowierzchniowej. W wyniku oddziaływania na obrabiany przedmiot wymienionych czynników kształ­ towania jest budowa i właściwości jego warstwy wierzchniej. Stan ten nie jest stały i ulega zmianie podczas użytkowania przedmiotu. Temu zjawisku należy przeciwdziałać. Należy dążyć do tego. aby uzyskany w procesie wytwarzania stan warstwy wierzchniej nie zmienił się i aby proces eksploatacji nie powodował jej zniszczenia. Stan warstwy wierzchniej .ma duży wpływ na odporność części maszyn na zużycie ścierne i zmęczeniowe, a tym samym na ich trwałość. Nadawanie warstwie wierzchniej części maszyn odpowiednich do warunków eksploatacji właściwości stanowi podstawowe zagadnienie technologiczne.

c. CHARAKTERYSTYKA PODSTAWOWA WARSTWY WIERZCHNIEJ Charakterystyka podstawowa warstwy wierzchniej analizowanego przedmiotu powinna zawierać dane dotyczące jej właściwości stereometrycznych i fizycznych (rys. VI-6). Właściwości stereometryczne są parametrami mierzalnymi. Należy do nich zaliczyć parametry chropowatości i parametry falistości. Do par am el rów c hr op o w at ości należą: średnja arytmetyczna odchylenfa R0 profilu od linii średniej, wysokość chropowatości Rz i największa wysokość chropowatości

Rm„·

Średnia arytmetycvia odchylenia R0 profilu od linii średniej m jest to średnia wartość odległości y" y 2, •. „ Yn punktów profilu zaobserwowanego od linii średniej na długości

odcinka elementarnego L. (rys. VI-7).

Zmierzoną wartość należy podawać

Stąd

wraz z długością L. odcinka elementarnego i długo­ ścią Le odcinka pomiarowego. Parametr R 0 przyjmuje się do stosowania jako podstawowy. Wysokość chropowatości R: wg dziesięciu punktów profilu jest to średnia odległość pięciu najwyżej położonych wierzchołków od pięciu najniżej położonych punktów

2. Warstwa wierzchnia i czynniki ją WW

kształtujące

139

WARSTWA WIERZCHNIA

Właściwości fizyczne {i chemiczne) stref

Strukturo ~eometryczno p0wierzchn1 R Profil zaobserwowany I zmierzony): l R0 , R,, W,) RodzoJ struktury

M Strukturo metalograficzna (i sktod chemiczny)

5 geometryczne)

T Teksturo

A Wody struktury geometrycznej

H Twardość

N Udział nośny liniowy profitu ( G20 • G50 l

O

Naprężenia własne

Wielkości

chorokteryzuJqce geometrycznq jes=e nie stosowane X (np. tunkqekorelocji proti\ gęstości widmowej mocy) lub nieznane strukturę

Rys. VI-6.

Właściwości

X Właściwości JESZCZe nieznane lub niestosowane

stereometryczne i fizyczne warstwy wierzchniej

y

X

I~

'~

Rys. VJ-7. Profil powierzchni wgłębień

zaobserwowanego profilu na długości I, odcinka elementarnego, mierzona na linii równoległej do linii średniej (rys. Vl-8), określona zależnością

_ (R 1 +R3 +.„+R8 )-(R 2 +R4 + „. +R 10) Rz 5 . Parametr Rt przyjmuje się do stosowania jako uzupełniający . Największa wysokość Rm„ chropowatości jest odległością między dwiema liniamj równoległymi do linii średniej, z których jedna przechodzi przez najwyższy wierzchołek nierówności, a druga przez najniższy położony punkt przegięcia wgłębienia profilu zaobserwowanego na długości l, odcinka elementarnego (rys. Vl-8).

140

VI.

Jakość

wyrobu

y m

X

Rys. Yl-8. Profil powierzchni do obliczenia parametrów R, i Rm„

Pomiędzy

parametrami Rl i Ra ustalono, z

dostateczną

dla praktyki

dokładnością,

zależność:

R,_ Tabl.ica VI-l.

= 4,5 Rao. 97

Wartości chropowatości

Średnie arytmetyczne odchylenia profilu R0 , µm 80 40 20 10 5 2,5 J.25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,02 0,01

lub

Rz

= 0,75 R max·

powierzchni

Wysoko§ć chropowatości

Dawna klasa

R,, µm

chropowatości

320 160 80 40 20 IO 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05

I 2 3 4 5 6 7 8

9 IO Il 12 13 14

W tablicy VC- I podano wartości parametrów Ra i Rz chropowatości z porównaniem do dawniej stosowanych klas chropowatości. Uwzględniając podane w tabl. VI-1 nie obowiązujące już klasy chropowatości, można wykorzystać zaJeżność, że suma klasy dokładności i klasy chropowatości, wynosi 15. Tak np. ·9 klasie chropowalości odpowiada 6 klasa dokładności. Przez p ar a m e t r y fa I i s to ś ci powierzchni rozumie się zbiór okresowo powtarzających się nierówności charakteryzujący się tym, że wysokość nierówności jest znacznie (co najmniej czterokrotnie) mniejsza od średniego odstępu między ich wierzchołkami.

2. Warstwa wien:chnia i czynniki

141

ją kształtujące

Tablica VI-2. Rodzaje struktur powierzchni Rodzaj kieruo.kow ości

Odmiana kierunkowości

Przykłady

sposobu obróbki

Symboi

l

równoległa

Jednakierunkowa

(do krawędzi powierzchni w rzucie, na którym podano symbol)

struganie, dJutowanie

prostopadła

toczenie

(do krawędzi powierzchni w rzucie, na którym podano symbol)

wzdłużne,

struganie,

(w przybliżeniu - względem środka powierzchni)

czołowe,

T

względem krawędzi

powierzchni w rzucie, na którym podano symbol)

I

YJ

frezowanie

~J. I

czołowe, dogładzanie

p

I

c I

X

-

nieuporządkowana

promieniowa (w przybliżeniu względem środka powierzchni)

Bezk.ierunko wa

punktowa

skrobanie, docieranie

szlifowanie czołowe

obróbka elekiroiskrowa ruekt6re odlewy

M

.,/X l

I

p

I

~J

~lodl obróbki -.- sz:'.'.M

I

R

sz'.C

G (

Wielokierunkowa

~

Ślad~ obróbki

czołowe

fre20wanie

s

I

lilllll@i~

(w dwóch

ukośnych

I

I~ l

dłutowanie

toczenie

kierunkach

--

\/'=

2_lo9x obrobki--

wsp61środkowa

skrzyżowana

Szkic

I

sz'.R

-dP

I

l

I

I

l'.~{W,j{;j:~fi~

Podstawowym parametrem falistości jest wysokość falistości W=. Jest to średnia arytmetyczna pięciu największych wysokości (WP Wv ... , W5) fal określonych w granicach pięciu jednakowych częściowych (składowych) odcinków pomiarowych (/,.," ł.,.2 , ...• 1,.,5 ) na długości /,., odcinka pomiarowego falistości jak.o odległości między llniami równoległymi do Linii średniej i stykającym.i się z najwyższym i najniższym punktem jednej fali (rys. VI-9), czyli

142

2.

Jakość

wyrobu

Rys. VI-9. Wysokość falistości W,

W zależności od usytuowania nierówności rozróżnfa się struktur (tabl. VI-2): - strukturę jednokierunkową, która może być równoległa,

następujące

r o d z aj e

prostopadła

lub

współ­

środkowa,

- strukturę wielokierunkową, która może być skrzyżowana, nieuporządkowana lub promieniowa, - strukturę bezkierunkową, która występuje jako punktowa. W ad y s t r u k tu r y geometrycznej obejmują jej anomalie w postaci skaz, bruzd, rys i pęknięć. Skaza jest to wada struktury powierzchni, powstała w wyniku uszkodzenia mechanicznego, chemicznego lub erozyjnego, albo ujawniona w procesie obróbki przez wydobycie ukrytych wad materiałowych. Bruzda jest spowodowana ruchem obcego ciała wgniecionego w powierzchnię materiału. Bruzda odznacza się plastycznym spięt­ rzeniem materiału wzdłuż jej ścian bocznych i przed ciałem bruzdującym oraz zaokrąg­ leniem dna. Przekrój poprzeczny bruzdy odznacza się wzniesieniem jej boków ponad powierzchnię materiału (rys. Vl-10). Rysa jest spowodowana ruchem dowolnego ostrza, wgniecionego w powierzchnię materiału. Przekrój poprzeczny rysy charakteryzuje się znacznym rozwarciem jej boków, a w przypadku materiałów ciągliwych - wzniesieniem boków rysy przy krawędziach ponad powierzchnię materiału (rys. Vl-11). Pęk­ nięcie jest spowodowane przekroczeniem wytrzymałości materiału na skutek miejscowego skupienia naprężeń podpowierzchniowych. Przekrój poprzeczny pęknięcia charakteryzuje się nieznacznym rozwarciem jego boków (rys. VI-12). N oś n o ś ć po w i e r z c b n i jest to wymierna cecha geometryczna powierzchni rzeczywistej, charakteryzowana wielkością pola styku tej powierzchni z wzorcową przeciwpowierzchnią dociskaną określoną siłą albo wielkością Hniowego styku profilu zaobserwowanego tej powierzchni z linią równoległą do linii odniesienia przeprowadzoną w ustalonej odległości od tej linii.

Rys. VI-10. Przekrój bruzdy

Rys. VI- I I. Przekrój rysy

2. Warstwa wierzchnia i czynnik.i

ją kształtujące

Rys. Vl-12. Przekrój

143

pęknięcia

Dla oceny nośności powierzchni w charakterystyce warstwy wierzchniej sporządza wykres udziału nośnego NL liniowego profilu, który stanowi stosunek długości nośnej Ln profilu wzdłuż badanego odcinka do całkowitej długości Le tego odcinka, czyli się

Nl ==~. Le

gdzie Ln - suma długości odcinków L; profilu zaobserwowanego, wzdłuż których styka on z geometryczną przeciwpowierzchnią. Geometryczna przeciwpowierzcbnia może być przedstawiona linią styczną lub przecinającą profil na określonej jego głębokości

się

(rys. VJ-13).

~ n

Ln = °L, I,

Rys. Vl- 13.

Dlugość nośna

profilu

d. WLAŚCIWOŚCI FIZYCZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ fizycznych warstwy wierzchniej należy zaliczyć (rys. VI-6): struki naprężenia własne. S t r u k t u r ę m et al o g raf i c z n ą określa się przez obserwację pod mikroskopem zgładu prostopadłego lub skośnego badanej warstwy wierzchniej. Obserwacje te pozwalają na ocenę struktury powierzchni metalu oraz jej ukierunkowania. Badania te umożliwiają ocenę zmian warstwy wierzchniej w stosunku do rdzenia materiału. Pomiar tekst u r y warstwy wierzchniej stanowi uzupełnienie badań metalograficznych. Dotyczy on zarówno tekstury ziarn, określającej ukierunkowanie ich granic, jak i tekstury krystalicznej, dotyczącej uprzywilejowanej przestrzennie orientacji krystalitów w materiale. Wymaga on zastosowania specjalnej aparatury oraz badań dyfrakcyjnych, wykorzystujących zwykle dyfrakcję promieni rentgenowskich. T w a r d o ś ć stanowi podstawową wielkość fizyczną przy badaniach warstwy wierzch~ niej. W badaniach warstwy wierzchniej stosuje się pomiary mikrotwardości , które Do

właściwości

turę metalograficzną, teksturę, twardość

144

Yl.

Jakość

wyrobu

można realizować różnymi

metodami (Vickersa, Knoopa, Chruszczowa, Grodzińskiego). jest metoda Vickersa. Wartość twardości określa się jako penetrator do powierzchni wgłębienia. Powierzchnia ta jest penetratora. Dla metody Vickersa twarŁłość oblicza się wg

Najczęściej stosowaną metodą

iloraz

siły obciążającej

uzależniona

od

kształtu

wzoru: F µHV=c - 2 ,

a

obciążenie penetratora, wynoszące najczęściej ok. J N, a średnia długość w mm, c - współczynnik (c = O, 189). N a p r ę że n i a wł as n e w warstwie wierzchniej pozostają w ścisłym związku z procesami technologicznymi półfabrykatu, obróbki skrawaniem, plastycznej itd. Rozróżnia się dwa modele opisujące powstawanie naprężeń: model zimny i model cieplny. Podstawowym modelem występującym w procesie technologicznym obróbki skrawaniem jest model cieplny, dla którego naprężenia mają zwykle charakter naprężeń rozciągających. Naprężenia te obniżają ja.kość użytkową wyrobów, gdyż mogą doprowadzić do powstania mikropęknięć. Podstawową metodą pomiaru naprężeń jest metoda mechaniczna, która opiera się na pomiarze odkształceń powstałych w wyniku działania naprężeń. Pomiar ten przeprowadza się na specjalnych próbkach, które mogą mieć kształt płytek lub pierścieni (rys. VI-14).

gdzie F -

przekątnej

b)

o)

2r Rys. VI-14. Typowe próbki do pomiaru

-

naprężeń :

a)

płytka,

b)

pierścień

f

R

Rys. Vl- 15. Schemat

przyrządu

do pomiaru na-

prężeń

I-

czynnik trawiący , 2 4 - rejestrator. f -

próbka, J -

czujnik,

strzałka ugięcia

2. Warstwa wierzchnia i czynniki

ją kształtu3ące

145

Pomiaru odkształceń dokonuje się podczas trawienia chemicznego warstwy wierzchniej w specjal.nym przyrządzie umożliwiającym rejestrację zmian odkształceń (rys. VI- J 5). Określenie wartości naprężeń własnych a wymaga znajomości odpowiednich wzorów przeliczeniowych. Drugą metodą pomiaru naprężeń jest metoda rentgenowska. Jest Lo meLoda nieniszcząca, pozwalająca na mierzenie naprężeń w częściach maszyn o dowolnych kształtach geometrycznych. Zakłada się przy tym, że obciążenia zewnętrzne wywołujące naprężenia oddziałują na sieć przestrzenną i powodują jej odkształcenie. Mierząc za pomocą metod rentgenowskich zmiany sieci przestrzennej, można uzyskać informację o naprężeniach powodujących te zmiany. Ujemną cechą metody rentgenowskiej jest ograniczenie głębokości penetracji promieni rentgenowskich w głąb warstwy wierzchniej. Wartości naprężeń uzyskane różnymi metodami nie mogą być porównywane. Dlatego podając te wartości, należy również podać metodę pomiaru. Pełna charakterystyka warstwy wierzchniej powinna obejmować: - profilogram o długości nie mniejszej niż długość odcinka pomiarowego chropowatości z zaznaczeniem jego długości Le oraz podaniem skali powiększenia pionowego e i poziomego f (rys. VI-l 6a); - fotografię powierzchni w określonym powiększeniu M 1; w polu folografii podaje się kierunek pomiaru profilu powierzchni; w rubryce „struktura powierzchni" wpisuje się: „struktura anizotropowa" lub „struktura izotropowa"; w rubryce „wady struktury" opisuje się występujące ewentualne skazy, rysy, pęknięcia itp. (rys. VJ-16b); - wykres udziału nośnego N i liniowego profilu wraz z podaniem wartości G 20 i G50 . Są to odpowiednie udziały nośne Ni liniowego profilu dla M = 0,2 Rmu i D.R = 0,5 Rm.,,,; wykres należy wykonać we współrzędnych procentowych w celu umożliwienia porównania z innymi profilami (rys. VI-16c); - mikrofotografię zgładu (szlifu) prostopadłego lub skośnego; na mikrofotografii struktury metalograficznej powinno być podane powiększenie (rys. VI- l 6d); - wykres rozkładu naprężeń własnych w funkcji odległości od powierzchni rzeczywistej (rys. VI- l6e); - wykres mikrotwardości (rys. VI-16f).

e. WPLYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA JAKOŚĆ UŻYTKOWĄ WYROBU Przy omawianiu wpływu stanu warstwy wierzchniej na jakość użytkową wyrobu. w tym przede wszystkim odporności na zużycie i ścieranie, należy wziąć pod uwagę takie klasyczne operacje, jak: obróbki cieplne, cieplno-chemiczne, pokrycia galwaniczne oraz obróbki bardzo dokładne, wiórowe, ścieme i plastyczne. Do podstawowych operacj i obróbki cieplno - chemicznej należy zaliczyć nawęglanie i hartowanie, azotowanie oraz węgloazotowanie i hartowanie. W wyniku tych obróbek w utwardzonej warstwie, na skutek przemian strukturalnych, tworzy się uklad naprężeń ściskających, a warstwa wierzchnia uzyskuje zwiększone właściwości sprężyste. Podobny efekt otrzymuje się przez powierzchniowe hartowanie poprzez

146

Yl.

a)

Jakość

wyrobu

20~~~~~~---.-~~~-r-~.--~~--.-~~~~~~~~~~~~~

R, = 1,25 µm Ra=U22~0.28µm

o cl dNt dR 80 620= 1.8 'Yo

R

G=-

60 40 20

o

20

C.0

&O

80

%

Ni.

e) MPO

o

40

120

80

160

µm

h

f) MPa

5000 t.000

3000 2000

o

20

40

60

80

µm

h

Ry~. Vl-16. Charakterystyka warstwy wierzchniej walkó\\ tt ~tali 45 po obróbce nagniataniem: a) profilogram powiertchni, b) mikrofotografia powierzchni, c) wykres udziału nośnego NL liniowego profilu, d) mikrofotografia struktury. e) rozkład napręże11 własnych obwodowych w funkcji odlegl ości ft od powierzchni, f ) wykres mikrotwardości

2. Warstwa wierichnia i czynniki jq

ksztahujące

147

grzanie indukcyjne. Dla tych wszystkich metod obróbki istnieje optymalna grubość warstwy utwardzonej, przy której uzyskuje się największy wzrost wytrzymałości zmę­ czeniowej. Przekroczenie tej optymalnej grubości powoduje uzyskanie już mniejszych korzyści.

w zakresie podwyższenia odporności na ścieranie i na korozję odgrywa azotonasiarczanie. Pok r y c i a g a I w a n i c z n e w większości przypadków wpływają na obniżenie wytrzymałości zmęczeniowej. Jest to szczególnie widoczne przy często stosowanym chromowaniu twardym. Warstewka chromu o grubości rzędu O,l mm powoduje obniżeni.e wytrzymałości zmęczeniowej o 30+40%. To obniżenie wzrasta jeszcze w miarę zwiększania się wytrzymałości podłoża. Tiumaczy się to głównie naprężeniami rozciągającymi w warstwie, sprzyjającymi powstawaniu mikropęknięć, które z kolei działa­ ją jak ostre karby. Przeciwdziałać temu zjawisku można poprzez ulepszanie powierzchni przed chromowaniem. Podobnie ujemnie oddziałuje niklowanie i kadmowanie, w nieco mniejszym stopniu - miedziowanie i cynkowanie. Obróbka wykańczająca i bardzo dokładna stanowią obróbkę koń­ cową danej powierzchni. W przypadku takiej obróbki należy dążyć do znalezienia takich parametrów, które zapewniają zmniejszenie lub całkowite wyeliminowanie nie odpuszczonego martenzytu w warstwie wierzchniej; obecność jego bowiem jest niekorzystna ze względu na skłonność warstwy wierzchniej do pęknięć. Taką skłonność powodują również naprężenia rozciągające. Występują one przy niektórych sposobach obróbki wykańczającej, do których naJeży przede wszystkim zaliczyć szlifowanie. Mogą one być zmniejszone lub całkowicie wyeliminowane przez obróbkę bardzo dokładną dogładza­ niem oscylacyjnym, gładzeniem i nagniataniem. Istotną rolę zwłaszcza

Wpływ właściwości

warstwy wierzchniej określonej powierzchni na jej zużycie punktach: - intensywność zużywania się powierzchni jest funkcją twardości; - ze wzrostem zawartości węgla zwiększa się odporność na zużycie, co jest naturalnie związane ze wzrostem twardości; - zastosowanie ulepszania cieplnego, tj hartowania i odpuszczania zwiększa odporność na zużycie w porównaniu ze stalami niezahartowanymi lub poddanymi jedynie hartowaniu; - decydujący wpływ na zwiększenie odporności na zużycie ma zastosowanie umacniającej obróbki nagniataniem, które łączy się bezpośrednio ze zwiększeniem twardości; odporność ta jest większa niż odporność uzyskana przez zwiększenie twardości hartowru1iem lub przez dobór stali o wyższej zawartości węgla; - istotny wpływ na zu życie ma chropowatość powierzchni; części maszyn o małej chropowatości powierzchni (R 0 < 0,08+0,0 I µm) są bardziej odporne na zużycie; stąd coraz częstsze wymagania konstruktorów żądających malej chropowatości na okreś­ lonych powierzchniach oraz konieczność stosowania w procesie technologicznym obróbki bardzo dokładnej. można ująć

w

następujących

Rozdział

VII

OPRZYRZĄDOWANIE

TECHNOLOGICZNE

Oprzyrządowanie technologiczne stanowią wszelkiego typu pomoce warsztatowe stosowane przy obróbce, montażu, kontroli lub transporcie stanowiskowym przedmiotu pracy. Do pomocy warsztatowych zalicza się między innymi: uchwyty i przyrządy do obróbki, montażu i kontroli, oprawki, sprawdziany, tłoczniki, podajniki, formy odlewnicze itp.

1.

PODZIAŁ OPRZYRZĄDOWANIA

Pomoce warsztatowe dzieli się na: znonnaljzowane, specjalizowane i specjalne. Pomoce znormalizowane są wykonywane wg norm państwowych, branżowych lub zakładowych. Jest to oprzyrządowanie uniwersalne stosowane w procesach wytwarzania różnych przedmiotów technologicznie podobnych. Pomoce specjalizowane to najczęściej oprzyrządowanie uniwersalne uzupełnione elementami specjalnymi. Przykładowo, uchwyt samocentrujący 3-szczękowy wyposażo­ ny w szczęki specjalne dostosowane swoim kształtem do kształtu przedmiotu obrabianego będzie uchwytem specjalizowanym. Pomoce specjalne są projektowane i wykonywane indywidualnie, jako pomoce niezbędne w procesie wytwarzania danego wyrobu oraz konieczne do utrLymania jego żądanej dokładności.

Inny podział pomocy warsztatowych wynika ze stosowania kh w określonych technikach wytwarzania. W tym ujęciu można wydzielić następujące grupy: - oprzyrządowanie obróbki skrawaniem, - oprzyrządowanje obróbki plastycznej, - oprzyrządowanie odlewnicze, - oprzyrządowanie stosowane w technologiach spajania, - oprzyrządowanie w przetwórstwie tworzyw sztucznych, - oprzyrządowanie stosowane w technke montażu itd. W każdej z tych grup można wydzielić określone podgrupy . Ich klasyfikacja będzie jednak zależna od procesów stosowanych w ramach każdej z technik wytwarzania.

2. Rola

2. ROLA

oprzyrządowania

OPRZYRZĄDOWANIA

i zakres stosowania

149

I ZAKRES STOSOWANIA

Podjęcie produkcji nowego wyrobu musi być poprzedzone wykonaniem wielu prac przygotowawczych. Zasadniczym elementem tych prac jest technologiczne przygotowanie produkcji, w skład którego wchodzi: zaprojektowanie procesu technologicznego, konstrukcja oprzyrządowania specjalnego, opracowanie norm czasu pracy i norm zuży­ cia materiału. Wśród wymienionych prac do najtrudniejszych i najbardziej pracochłonnych należy zaprojektowanie oprzyrządowania specjalnego. Ocenia się, że pracochłonność konstrukcji oprzyrządowania specjalnego wynosi zazwyczaj 60+ 70% pracochłonno­ ści technologicznego przygotowania produkcji seryjnej, a w niektórych przypadkach nawet do 90%. Wynika stąd, że termin uruchomienia produkcji jest zależny od wykonania oprzyrządowania technologicznego. Równocześnie zaś konstrukcja oprzyrządowania w znacznym stopniu wpływa na wydajność i jakość procesów wytwarzania i montażu.

a. OPRZYRZĄDOWANIE STOSOWANE W OBRÓBCE SKRAWANIEM Oprzyrządowanie stosowane w obróbce skrawaniem należy niewątpliwie do najliczniejszej grupy oprzyrządowania spośród wszystkich technik wytwarzania. Wpływa na to przede wszystkim duża liczba i zróżnicowanie środków produkcji (obrabiarek), jakie występują w tej technice wytwarzania, różnorodność obrabianych części, niekiedy bardzo wysokie wymagania dokładnościowe. Do głównych zadań, jakie ma spełnić oprzyrządowanie należy zaliczyć: zapewnienie wymaganej dokładności obróbki, obniżenie kosztów produkcji oraz polepszenie warunków i bezpieczeństwa pracy. Oprzyrządowanie stosowane w obróbce skrawaniem można podzielić na trzy zasadnicze grupy: - uchwyty i przyrządy obróbkowe, - uchwyty do narzędzi, - oprzyrządowanie związane z kontrolą przedmiotu obrabianego. U c h w y t jest to pomoc warsztatowa przeznaczona do ustalenia i zamocowania przedmiotu obrabianego (rys. VIl-1). Ponadto uchwyt może być odpowiednio do zastosowania zaopatrzony w dodatkowe elementy, np. elementy prowadzące narzędzia, jak tulejki wiertarskie Jub wytaczarskie, oraz elementy lub mechanizmy umożliwiające nadawanie przedmiotowi podczas jednej operacji różnych położeń, bez potrzeby odmocowania przedmiotu (rys. VIl-2). Pr z y rząd jet urządzeniem, które stanowi przedłużenie łańcucha kinematycznego obrabiarki i jest przeznaczony do rozszerzenia jej możliwości obróbkowych przez realizowanie dodatkowych, potrzebnych przy obróbce ruchów w układzie przedmiot obrabiany-narzędzie. Przyrządem jest np. stół obrotowy na frezarce (rys. VIl-3), który umożliwia obróbkę ciągłą kolejnych przedmiotów ustalonych i zamocowanych w uchwycie.

va.

150

Oprzyrządowanie

technologic1ne

A-A

Rys. VII- I. Uchwyt frezarski

Rys. Vll-2. Uchwyt wienarski wspornikowy do wiercenia otworu promieniowego

2. Rola oprzyrz,1dowania i zakres stosowania

151

Rys. VTI-3. Stól obrotowy

n a r z ę d z i stanowią, obok uchwytów obróbkowych, bardzo technologicznego. Są one ściśle związane z narzędziami. Różnorodność uchwytów narzędziowych jest bardzo duża i uzależniona przede wszystkim od typu obrabiarki. Uchwyty do narzędzi niekiedy pozwalają na przeprowadzenie procesu obróbki, niekiedy ten proces bardzo usprawniają. Dzielą się one, podobnie jak uchwyty obróbkowe, na: uniwersalne i specjalne. Konstrukcja uchwytów może być prosta lub ba.rdzo skomplikowana. Przykładem jest tulejka redukcyjna do osadzenia wie1tła krętego we wrzecionie obrabiarek (rys. VIIA) i głowica wiertarska wielowrzecionowa (rys. VIl-5). Bardzo trudne i skomplikowane konstrukcje uchwytów narzędziowych występują w oprzyrządowaniu wrzecion wiertarko-frezarek. Zaliczyć można do nich np. specjalne konstrukcje wytaczadeł z wysuwanymi nożami, suporty skrzyd łowe. Przyldady rozwiązania takiego oprzyrządowania można znaleźć w literaturze specjalistycznej (np. 117)). Uch wy ty

do

liczną grupę oprzyrządowania

Rys. YH-4. Tulejka redukcyjna do i. chwytem stożkowym

narzędzi

152

Vll.

Oprzyrządowanie

technologiczne

Rys. VIl-5.

Głowica

wiertarska wielowrzecionowa I - tuleja wrzeciona, 2 - mocowanie obudowy głowicy, 3 - końcówka wneciona wienark:i, 4 - wrzeciona głowicy, 5 - przekładnie zębate

O p r z y r z ą d o w a n i e z w i ą z a n e z ko n t r o l ą przedmiotu obrabianego stanowi bardzo ważną grupę związaną z kontrolą przedmiotów w poszczególnych operacjach. Pierwszy rodzaj tego oprzyrządowania wiąże się z konstrukcją specjalnych sprawdzianów, wzorników. Trzeba je wykonywać w tych przypadkach, kiedy nie można zastosować uniwersalnych urządzeń mierniczych łub w celu przyśpieszenia pomiaru. Przykład konstrukcji sprawdzianu czujnikowego do rowków wewnętrznych pokazano na rys. VTI-6.

Rys. VU-6. Sprawdzian czujnikowy do kontroU rowków wewnętrznych

Drugi. rodzaj to oprzyrządowanie związane ze specjalnym uchwytem kontrolnym, za którego przedmiot zostaje odpowiednio ustalony. Pomiaru dokonuje się zazwyczaj uniwersalnymi narzędziami mierniczymi. Przykładem może być stanowisko kontrolne do sprawdzenia prostopadłości osi l -1 do osi li-I/ korpusu przedstawione na rys. Vll-7. Korpus ustalony jest na czopie i podparty. W ten sposób ma odebranych 5 stopni swobody. Szósty stopień swobody odbiera mu kołek ścięty - tak więc w stosunku do podstawy korpus jest jednoznacznie ustalony i ma odebrane wszystkie stopnie swobody. Na tej samej podstawie ustalona jest luneta J, za pomocą której obserwuje się położenie obrobionych otworów w stosunku do oznakowania na wsporpomocą

niku 2.

A-A

~160H7/h7 ~330H7/f7

--4'~-H!-

tf!ł')

.-;I>---+

„~

Rys. Vll-7. Stanowisko kontrolne do sprawdzenia

prostopadłości

osi otworów (opis w

tekście)

154

VU.

Oprzyrządowanie

technologiczne

Do pomiaru współrzędnych otworów i powierzchni części maszyn coraz częściej stosuje się maszyny pomiarowe. Maszyny takie są bardzo wygodne w użytkowaniu. Szczególną ich zaletą jest wysoka dokładność, łatwy odczyt na dobrze widocznych wskaźnikach optycznych oraz możliwość rejestracji wyników pomiarów poprzez drukarki sprzężone z tymi maszynami. Maszyna pomiarowa jest przeznaczona do pracy ręcznej. półautomatycznej i automatycznej. Może ona współpracować z automatyczną linią obróbkową, elastycznym systemem obróbkowym lub stanowić wyposażenie izby pomiarów. Zastosowanie maszyny pomiarowej eliminuje oprzyrządowanie związane z kontrolą przedmiotu obrabianego.

b. OPRZYRZĄDOWANIE STOSOWANE W TECHNOLOGII SPAJANIA Technologie spajania, to przede wszystkim spawanie, zgrzewanie, lutowanie i klejeSpośród nich najbardziej rozpowszechnione jest spawanie. Oprzyrządowanie stosowane w technice spawania można podzielić na trzy grupy: uchwyty do spawania, urządzenia do manipulowania przedmiotem spawanym oraz urządzenia do manipulowania głowicą spawalniczą. Uchwyty do spawan1a mają konstrukcję bardzo zbliżoną do uchwytów obróbkowych, gdyż opierają się na tych samych zasadach konstrukcji i projektowane są na bazie elementów uchwytów obróbkowych. Na rysunku VII-8 przedstawiono dwie części spawane, a zaprojektowany do ich spawania uchwyt pokazano na rys. VII-9. Jedną częścią jest ceownik, drugą wygięta blacha. Obydwie części są już wstępnie obrobione i mają wykonane otwory, które wykorzystuje się do ich ustalenia w uchwycie. Ceownik kładzie się na klocku 1 i ustala wzdłużnie kołkiem 2. Drugą część osadza się na dwóch kołkach ściętych 3. Całość zamocowuje się za pomocą docisku dźwigniowego 4. nie.

- ~-- - - -- -- r - - -- --

0 I

_[_ I

I Rys. VU-8.

Zespół

spawany

., I

2. Rola

oprzyrządowania

i zakres stosowania

155

Rys. Vll-9. Uchwyt do spawania zespotu z rys. Vll-8 (opis w tek§cie)

Urządzenia

do manipulowania przedmiotem spawanym, to wszeilciego typu manipulatory i obrotniki, występujące najczęściej jako oprzyrządowanie uniwersalne. Pozwalają one na umieszczenie przedmiotu pod odpowiednim kątem, na dokonanie obrotu itp. Na rysunku VII-10 pokazano manipulator spawalniczy wysięgowy. Składa się on ze statywu 1, wysięgnika przesuwnego z obrotową tarczą mocującą spawany przedmiot 2, mechanizmu napędu tarczy mocującej 3, przycisku sterującego 4 i skrzynki sterującej 5. Manipulator taki wyposażony w stół obrotowy ze szczękami mocującymi umożliwia spawanie obwodowe.

5

Rys. Vll-IO. Manipulator spawalniczy (opis w

tekście)

Podobnie jak urządzenia do manipulowania przedmiotem obrabianym mają ułatwić uzyskanie najwłaściwszego położenia przedmiotu spawanego, tak urządzenia do manipulowania głowicą spawalniczą mają ułatwić jej prowadzenie i zapewnić jej odciążenie. Budowane są w tym celu wszeilciego typu wysięgniki pozwalające na mechanizację procesu spawania. Na rysunku VII-Il przedstawiono wysięgnik spawalniczy. Jest to urządzenie w kształcie belki zamocowanej jednostronnie, służące do zawieszenia na jego końcu głowicy spawalniczej.

156

c.

Vll.

OPRZYRZĄDOWANIE

Oprzyrządowanie

technologiczne

STOSOWANE

W TECHNOLOGII MONTAŻU W technice montażowych,

montażu można rozróżnić:

uchwyty

uchwyty

montażowe, wyposażenie

stanowisk

montażowe narzędziowe.

Uchwyty montażowe projektuje się na poszczególne stanowiska w celu ułatwie­ nia procesu montażu, bądź też w celu zw iększenia jego dokładności (rys. VII-12). Zasady konstrukcji tych uchwytów są analogiczne do zasad konstrukcji uchwytów obróbkowych, ponieważ są oparte na tych samych elementach. Wyposażenie stanowisk montażowych ma na celu zarówno poprawienie procesu montażu, jak i jego ułatwienie . Jest to zazwyczaj oprzyrządowanie środ­ ków produkcji znajdujących się na danym stanowisku montażowym (rys. VII-13).

Uchwyty montażowe narzędziowe występują przede wszystkim w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Mają one na celu ułatwienie pracy ręcznej przez jej mechanizację za pomocą narzędzi z napędem mechanicznym. Powszechnie stosowanymi narzędziami w procesie montażu są wszelkiego typu wkrętaki elektryczne lub pneumatyczne (rys. VII-14).

-1

;gl.___-------' 5

3

4

Rys. Vll-12. Uchwyt montażowy do .sk.ladania trapezu ramy rowerowe.i Młownik. J - płyta, 4 - supon stały. 5 - supon priesuwny. 6

I - podstawa, 2

tłoczysko

Rys. Vlł-13 . Uchwyt do wtlaoania tulejki na prasie hydraulictnej

Rys. Vll-14.

Wkrętak

pneumatyczny

158

VIJ.

Oprzyrządowanie

technologiczne

d. OPRZYRZĄDOWANIE DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ Sposoby obróbki plastycznej są stosowane coraz powszechniej w zakładach budowy maszyn. Do wykonania określonego przedmiotu w większości przypadków wymagane jest oprzyrządowanie specjalne. Jest to z reguły oprzyrządowanie drogie, dlatego sposoby tej obróbki stosowane są w produkcji wielkoseryjnej i masowej. W oprzyrządowaniu stosowanym w obróbce plastycznej występują zupełnie odmienne elementy od tych, jakie występowały w obróbce skrawaniem, spawaniem i technologii montażu. Wiele z nich jest również znormalizowanych. Charakter oprzyrządowania jest też zupełnie odmienny. W zakładach budowy maszyn spotyka się trzy podstawowe sposoby obróbki plastycznej: tłoczenie, ciągnienie oraz kucie.

VlT-1 S.

Tłocznik z prowadzeniem wym (opis w tekście)

słupo­

stosowanym w obróbce tłoczeniem są tłoczniki. Nazwą U\ kompletny przyrząd, składający się zwykle z dwóch podstawowych zespołów (rys. Vll-15): ruchomej głowicy 1 i nieruchomej podstawy 2. Nazwy i okreś­ lenia tłoczników są pochodnymi nazw wykonywanych operacji tłoczenia. Na przykład wycinak jest to tłocznik do wycinania, dziurkownik - tłocznik do dziurkowania, okrojnik - tłocznik do okrawania, wyginak - tłocznik do wyginania, wytłaczak - tłocznik do wytłaczania. Wszystkie tłoczniki przeznaczone wyłącznie do operacji cięcia na prasach określane są wspólną nazwą wykrojników. W zależności od liczby wykonywanych zabiegów tłoczenia rozróżnia się: - tłoczniki jednozabiegowe, przeznaczone do wykonywania jednozabiegowych operacji tłoczenia, czyli takich, w których wykonywana jest tylko jedna zmiana kształtu tłoczonego przedmiotu, przy użyciu jednego przyrządu i bez zmiany narzędzi, np. wycinanie, dziurkowanie, wytłaczanie (rys. VII-15); Oprzyrządowaniem

określa się cały

2. Rola

159

i zakres stosowania

oprzyrządowania

l I

-+

A

Rys. VTl- 16. - czop

mocujący wlłaczany,

Tłocznik

2 - stempel

-rnatryca, 6 -

wielozabiegowy tnący,

matryca

3-

dziurkownik, wycinak spychacza, 4 - kołek oporowy, 5 7 - płyta wypychacza

płyta

tnąca,

stemplo-

160

VII.

Oprzyrządowanie

technologicwe

wielozabiegowe, przeznaczone do wykonywania operacji tłoczenia co najmniej z dwóch zabiegów, np. wycinanie i dziurkowanie, odcinanie i wyginanie (rys. Vll-16). Oprzyrządowaniem stosowanym w obróbce ciągnieniem są ciągadła i trzpienie. Ciągadło jest to narzędzie, za pomocą którego zmniejsza się przekrój ciągnionego na zimno materiału i uzyskuje się wymagany kształt, wymiar i żądaną jakość powierzchni (rys. Vll-17). -

tłoczniki

składających się

oprawo c1qgodło

oczko

I

Rys. Vll-17.

Ciągadle

Rys. Vll- 18.

Ciągnienie

rur

500

500

Rys. VII- 19. Matryca zamknięta do kucia odkuwek koła zębatego: a) odkuwka, b) matryca

2. Rola

oprzyrządowania

161

i zakres stosowania

mają zastosowanie tylko do rur. W celu otrzymania dokładnych rur stosowane są dwa współpracujące narzędzia: ciągadła i trzpienie. Jedna z podstawowych metod ciągnienia rur pokazana jest na rys. Vll-L8. Oprzyrządowanie stosowane w procesie kucia dzieli się na oprzyrządowanie przy kuciu swobodnym i kuciu matrycowym. Oprzyrządowanie stosowane przy kuciu swobodnym stanowią z reguły narzędzia uniwersalne przydatne do wykonywania różnych odkuwek. Mogą tutaj wystąpić narzę­ dzia do kucia ręcznego (na kowadłach) i do kucia maszynowego. Różnorodność tych narzędzi jest bardzo duża, są to jednak zwykle narzędzia proste, których konstrukcja nie

Trzpienie

ciągnionych

nastręcza większych trudności.

Do kucia matrycowego wymagana jest konstrukcja matryc. Malryce

są to narzędzia ze sobą, których kształtowe powierzchnie robocze, zwane wykrojami, wywierają nacisk na materiał w procesie kucia. Górna matryca jest przymocowana do bijaka młota i wykonuje z nim ruchy posuwisto-zwrotne o stale zwiększającym się skoku (rys. Vll-19). Dolna matryca jest na ogół symetryczna, a różnią się one jedynie kształtem wykroju. współpracujące

e.

OPRZYRZĄDOWANIE

STOSOWANE W ODLEWNICTWIE

stosowane w procesie odlewania jest ściśle związane z zastosowaodlewania. W każdej jednak metodzie wystąpi form:a odlewnicza, która stanowi zespół elementów tworzących po złożeniu wnękę formy o kształtach odpowiadających kształtom odlewu. W praktyce stosowane są formy nietrwałe (jednorazowe) wykonywane z masy formierskiej (rys. VU-20) i formy trwałe (rys. VII-21) wykonywane jako metalowe. Oprzyrządowanie

ną metodą

2

Ry~.

IJ6nik,

3 I.

5

Vll-20. Piaskowa forma odlewnicza ze sknynk;\ formierską górna czę ~ć formy, 2 - zbiornik wlewowy, rdzeń, 4 - przelew, 5 - masa formierska, sworzeń , 7 - gniazdo rdzennika. 8 - rdzen9 - wnę ka formy. JO - dolna cześć formy, I I - skrzynka formierska

W każdej metodzie odlewania można jeszcze stosować dodatkowe oprzyrządowanie. Przy odlewaniu w formach jednorazowych może to dotyczyć oprzyrządowania do wykonania modeli, płyt modelowych i rdzennic. W przypadku odlewania w formach trwałych oprzyrządowanie może dotyczyć kokili, form do odlewania pod ciśnieniem i odlewania odśrodkowego.

162

VII.

Oprzyrządowanie

technologiczne

A-A

Rys. Vll-21 . Forma metalowa: a) przedmiot odlewany z ukJadem wlewowym, b) forma metalowa dla tego przedmiotu

2. Rola

oprzyrządowania

l63

i zakres stosowania

f. OPRZYRZĄDOWANJE STOSOWANE W PRZETWÓRSTWIE TWORZYW SZTUCZNYCH Podstawowymi procesami stosowanymi w przetwórstwie tworzyw sztucznych są: prasowanie wtryskowe, kształtowanie próżniowe oraz walcowanie i kalandrowanie. Przy wytwarzaniu określonych wyrobów o kształcie bryłowym i profilowym oprócz urządzenia technologicznego wymagane jest odpowiednie narzędzie formujące dany wyrób. Generalnie narzędzia te dzielą się na formy, głowice i kalibratory. Fonny są to narzędzia wyposażone w gniazdo lub wiele gniazd formujących, którego powierzchnie tworzą negatywowe odwzorowanie kształtu przedmiotu. Do gniazda wprowadza się pod pewnym, zależnym od metody, ciśnieniem - płynne lub uplastyczwytłaczanie,

I

I

L-_J Rys. VIl-22. Fonna wtryskowa

I

L_J wiełogniazdowa

nione tworzywo. Forma jest dzielona, co po zestaleniu tworzywa umożliwia wyjęcie gotowego wyrobu (rys. VIl-22). Formy są każdorazowo projektowane i należy je traktować jako oprzyrządowanie specjalne. Głowice są to narzędzia przeznaczone do wytwarzariia w sposób ciągły wyrobów profilowych np.: rur, prętów, kabli, węży. Konstrukcję głowicy do wytłaczania rur przedstawiono na rys. VIl-23 .

164

VIl. Oprzyrządowanie technologiczne

Głowica

Rys. VIl-23.

do

wytłaczania

rur

Powietrze do rozdmuchu Odpływ

wody

chlodzącej

t )

Dopływ

' ' wody chłodzqcej

Powiełrze ułotwiojqce poślizg

Rys. VIl-24. Kalibrator

Stosowanie kalibratorów jest ściśle związane z głowicami w tych przypadkach, gdy chodzi o uzyskanie dokładnych wyrobów profilowych. Opuszczający ustnik głowicy wytłoczony profil jest plastyczny, nie ostudzony i łatwo się odkształca. Celem stosowania kalibratorów jest nadanie wytłaczanym profilom dokładnych kształtów i wymiarów oraz ich chłodzenie. Jedną z konstrukcji kalibratora przedstawiono na rys. VII-24. Oprzyrządowanie

*

technologiczne występuje we wszystkich technikach wytwarzania, a nie tylko w podanych powyżej. Może ono dotyczyć także obróbki cieplnej, powłok ochronnych i innych. Rola i zadania stawiane oprzyrządowaniu zależą od określonej techniki wytwarzania. W przypadku obróbki skrawaniem stosowanie uchwytów i przyrządów obróbkowych ma na celu: - ustalenie i zamocowanie przedmiotu obrabianego; - uzyskanie niezbędnej dokładności obróbki przez: stosowanie optymalnych sposobów ustalenia przedmiotów w kolejnych operacjach, zapewnienie dobrych warunków pracy narzędzi, zwiększenie sztywności układu: obrabiarka-uchwyt-przedmiot-narzę­ dzie;

2. Rola

oprzyrządowania

i zakres stosowania

165

- obniżenie kosztów produkcji w wynjku: skrócenia czasów pomocniczych operacji poprzez zmniejszenie czasu zamocowania i odmocowania przedmiotu. skrócenia czasów potrzebnych do zmiany opozycji przedmiotu obrabianego podczas trwania operacji, skrócenie czasów głównych operacji w wyniku zwiększenia pręd­ kości skrawania na skutek zwiększenia sztywności układu o-u-p-n, zmniejszenie wpływu umiejętności pracownika na dokładność obróbki, a w konsekwencji moż­ liwość zatrudnienia do wykonania określonej operacji pracownika o niższych kwalifikacjach. W przypadku takich technik wytwarzania, jak obróbka plastyczna. przetwórstwo 1worzyw sztucznych oraz odlewnictwo, bez oprzyrządowania technologicznego np. fonny metalowej lub omodelowania niezbędnego do wykonania formy piaskowej, niemożliwe byłoby wykonanie odlewów. Podstawowym zadaniem oprzyrządowania w tych grupach technik wytwarzania jest w ogóle stworzenie możliwości wytwarzania. Również i w tych przypadkach oprzyrządowanie musi zapewnić niezbęd­ ną dokładność wytwarzania. W przeważającej Liczbie przypadków produktem finalnym obróbki plastycznej oraz odlewnictwa nie jest gotowy wyrób, lecz półfabrykat wymagający dodatkowej obróbki skrawaniem. Istnieje ścisła zależność między wielkością produkcji a stopniem skomplikowania oprzyrządowania. Im większa produkcja, tym oprzyrządowanie powinno być bardziej sprawne. Na przykład uchwyt obróbkowy do produkcji jednostkowej lub małoseryjnej należy tak zaprojektować, ażeby można go było wykonać jak najprostszymi środkami, czyli żeby był on najtańszy, przy czym nie bierze się pod uwagę czasu ustalenia i zamocowania przedmiotu. Dla produkcji seryjnej lub wielkoseryjnej konstrukcja uchwytu będzie bardziej skomplikowana; bardzo często zamiast mechanicznego ręcznego mocowania przedmiotu będzie się stosowało mocowanie mechaniczne za pomocą sprężonego powietrza, oleju pod ciśnieniem itp.

, 3. OGOLNE WYTYCZNE DO PROJEKTOWANIA OPRZYRZĄDOWANIA

Punktem wyjścia do projektowania oprzyrządowania specjalnego jest: rysunek wykonawczy wyrobu oraz instrukcja obróbki dla danej operacji. Rysunek wykonawczy i opracowany na jego podstawie rysunek półfabrykatu stanowi bazę do projektowania oprzyrządowania specjalnego w takich technikach wytwarzania, jak: odlewnictwo, przetwórstwo tworzyw sztucznych i w niektórych przypadkach w obróbce plastycznej (np. projektowanie odkuwki). W pozostałych technikach wytwarzania, w tym przede wszystkim w obróbce skrawaniem, w obróbce plastycznej, spawalnictwie i montażu, podstawą do projektowania oprzyrządowania specjalnego jest tzw. instrukcja obróbki dla danej operacji (rys. VIJ-25). W instrukcji tej na szkicu technolog opracowujący proces technologiczny zaznacza między innymi - za pomocą umownych symboli (tablica I-4) - miejsca podparcia i oparcia przedmiotu oraz jego zamocowania. Przemyślany przez technologa sposób ustalenia i zamocowania przedmiotu jest podstawą do

INSTRUKCJA NR 2

Nazwa zakładu

Arkusz 1

I

Nr

Symbol

I

Liczba arkuszy

1

rysunku

DSGA-40

Pozycja

Ramię

3.53

części

Situk na komplet

Materiał

napinacza

2.000

Zl.200

Nazwa

Operacja OPIS OPERACJI: 1. Pogłębiać otwór 0 38 2. Rozwiercać rozwiertakiem 0 39, 7 3. Rozwiercać rozwienakiem wykanc:akiem

0

Oddział

Mech.

Stanowisko

Wr 50/2

40 H8

Pomoce warsztatowe

>..

~

iE

~

-

2

·;::; "'

"' N

1

u

;2 w o..

o

!

I

u ;2

.I

N

""

I

Ir Było

~

I ; ~40H8

'

Wymiar

Odchyłki

040H8

-+-0,039

o

Zmieniono

Drua

Podpis

NRNa-39,7 NRNb-40

"O

3:

M

MSBa-40 H8

"'a.

V,)

_J_,_

Nr zabiegu

V1(~ ,~)

Wykonał

Pogłębiacz czołowy łączony

~ l:a z

·;::;

o

cid ,,

Sprawdził

Zatwierdził

:>...

a ~

Tulejka T-PTRn 3-Nr 1 Uchwy1 wiertarski 1 OproM·ka szybkomocująca T-PTRe 2-Nrl

~

3

~

3

Daw

Podpis

Data i podpis Rys. VU-25. (nslrDkc:Jn obróbki

Daw

Podpis

f

11

n

n/ min

obr/min

mrn/obr

100 14-0 63

0.2

1

12

2

18

3

8

1.5 J,O

3. Ogólne wyryczne do projektowania

167

oprzyrządowania

projektowania uchwytu dla danej operacji. Ponadto w zami.e szczonym z boku wykazie pomocy warsztatowych (rys. VIl-25), projektant oprzyrządowania ma wyszczególnione wszystkie pozycje oprzyrządowania specjalnego, jakie muszą być przygotowane do danej operacji. Mogą one dotyczyć oprócz uchwytu obróbkowego również uchwytów i oprawek narzędziowych, oprzyrządowania kontrolnego itp. Naturalnie będzie to dotyczyło operacji obróbki skrawaniem. W przypadku operacji obróbki plastycznej, odlewniczej, przetwórstwa tworzyw sztucznych typ tego oprzyrządowania będzie inny. Konstruktor oprzyrządowania ma do swojej dyspozycji różnego rodzaju półfab­ rykaty: odlewy, odkuwki, materiały walcowane (pręty, blachy, płaskowniki, kształtow­ niki i inne), materiały ciągnione. Zasadniczym jego zadaniem jest wybór odpowiedniego pólfabrykatu na podstawową część oprzyrządowania, jaką stanowi zazwyczaj korpus lub podstawa. Przy wyborze tym należy się głównie podporządkować wymaganiom, jakie są stawiane przed określonym oprzyrządowaniem oraz mieć na uwadze możliwości wykonawcze danego zakładu.

Rys. YIJ-26. Zamocowanie i ustalenie pryzm na

płycie

podstawowej (opis w

tekście)

W konstrukcjach spawanych i odlewanych trzeba pamiętać, że w wyniku nierównomiernego stygnięcia powstają naprężenia, które należy usunąć przez obróbkę dokład­ ną. Nie wyzwolenie danego elementu od naprężeń spowoduje w trakcie eksploatacji uchwytu ich wyzwalanie i poszczególne elementy ulegną odkształceniom, co może spowodować, że oprzyrządowanie straci swoją dokładność i jego działanie nie będzie prawidłowe.

168

VII.

Oprzyrządowanie

technolog1czne

Wszystkie ważne elementy oprzyrządowania specjalnego powinny być zaprojektowane jako oddzielne, gdyż najczęściej powinny być one obrabiane cieplnie, a ponadto ułatwia to ich wymianę w oprzyrządowaniu przy nadmiernym zużyciu lub uszkodzeniu podczas pracy. Ważny jest sposób łączenia tych elementów z częścią zasadniczą, jaką może być korpus lub podstawa. Najczęściej elementy te skręca się śrubami, a w przypadkach wymagających dokładnego ich położenia ustala się za pomocą kołków ustalają­ cych. Pokazane na rys. Vll-26 pryzmy muszą być tak położone względem siebie, ażeby ich powierzchnie pracujące leżały w jednej osi. Dokładne ich ustawienie i przykręcenie śrubami tego nie zapewnia. Wynik.a to stąd, że na śrubach są dość znaczne luzy (0,5+ J ,5 mm) i w wyniku jakiegoś ud'erzenia lub zbyt słabego przykręcenia może nastąpić przesunięcie. Właściwe ustalenie zapewniają wyłącznie kołki ustalające 4, które są wciskane w otwory wiercone i rozwiercane po skręceniu pryzm 2 i 3 z podstawą 1. A-A t>7-2otw.


wykonać no gotowo wspólnie z częścio z rys. VII- 28

przy

montażu

8

2210.1

--·- - - -·- - -

-- - -

-

40 Rys. VTI-27. Pryzma

Przy opracowaniu rysunków wykonawczych projektowanych elementów otwory pod przy odpowiednim ich stolerowaniu, mogą być wykonane w każdej części oddzielnie (rys. VII-27 i VII-28). Nie można jednak zastosować analogicznego postępowania w przypadku otworów pod kołki ustalające. Czynności związane z ustaleniem za pomocą kołków powinny być wykonane przy montażu i sprowadzać się do wiercenia otworów, ich rozwiercania i kołkowania. Rozstaw otworów pod kołki ustalające powinno się podawać wyłącznie na tej części, przez którą będzie się wykonywać wiercenie (rys. VIl-27). Zarówno na rysunku jednej, jak i drugiej części powinna być odpowiednia uwaga dotycząca ich wykonawstwa (rys. VII-27 i VII-28). W ten sposób uniknie się ewentualnej pomyłki polegającej na tym, że otwory te zostaną wykonane w każdym z elementów oddzielnie. śruby mocujące,

3. Ogólne wytyczne do projektowania

\ \-4- -(i) I

I

I

-$--~-~-

----I

-(}t I

~

~ -..s l(l

_,_

I

I

I

I

I

l I I

&

- - t - - i- - -l8 .J

I

I

!

I I I

!

I

-·Q - I

I

-?--t-

i !

I 22•0.1

22

\

I

I

I

-t - QI

169

oprzynądowania

- -

o

~

-,.-+-

25,0.1

I

I

40

300 Rys. VU-28. Plyta podstawowa

Niekiedy otwory w części górnej wierci się wstępnie, a przy montażu, po ustawieniu elementów i ich zamocowaniu śrubami, wykorzystuje się je jako prowadzenie wiertła do wiercenia w części dolnej, a następnie wspólnie rozwierca i kołkuje. Bardzo ważną sprawą w konstrukcji oprzyrządowania specjalnego jest właściwy dobór materiałów na poszczególne elementy. Od tego doboru, od właściwie przeprowadzonej obróbki cieplnej zależy odpowiednia eksploatacja oprzyrządowania oraz jego trwałość. Dla elementów znormalizowanych dużym ułatwieniem jest wykorzystanie materiałów zaleconych dla danego elementu przez normę. Należy jednak zaznaczyć, że norma materiał zaleca, co znaczy, że w niektórych przypadkach konstruktor może od niej odstąpić i zaproponować materiał inny, często lepszy. W konstrukcji oprzyrządowania specjalnego powszechnie stosowanymi materiałami są stale narzędziowe i to począwszy od stali narzędziowych węglowych dla oprzyrządowania do pracy na zimno do stali narzędziowych wysokostopowych. Na elementy mniej odpowiedzialne wykorzystuje się stale węglowe konstrukcyjne wyższej jak.ości. Coraz. częściej , zwłaszcza w odniesieniu do oprzyrządowania stosowanego w obróbce plastycznej, wykorzystuje się węgliki spiekane. Zwiększają one ok.res trwałości takiego oprzyrządowania kilkakrotnie. Następną cechą konstrukcji oprzyrządowania specjalnego jest wybór optymalnego rozwiązania. Każde oprzyrządowanie, niezależnie od technilci wytwarzania, dla której jest przeznaczone, może być zaprojektowane w kilku wariantach. Najczęściej warianty te konstruktor opracowuje szkicowo. Niewątpliwie największy wpływ na wybór wariantu ma wielkość produkcji. Dla produkcji jednostkowej i małoseryjnej oprzyrządowanie

170

VII.

technologiczne

proste, dla produkcji seryjnej i wielkoseryjnej powinno się odpowiedni stopień mechanizacji, tym wyższy, im większa produkcja. Niezależnie jednak od prostoty czy złożoności rozwiązania oprzyrządowanie powinno się charakteryzować zawsze prawidłowością i pewnością działania. Konstruktor oprzyrządowania specjalnego powinien w maksymalnym stopniu, oprzeć konstrukcję na elementach znormalizowanych. Zmniejsza to koszt opracowania dokumentacji, gdyż rysunków na części znormalizowane nie wykonuje się. Niejednokrotnie zmniejsza to również koszt wykonawstwa oprzyrządowania, gdyż szereg elementów znormalizowanych, zwłaszcza w odniesieniu do oprzyrządowania stosowanego w obróbce plastycznej i wiórowej. jest produkowanych przez wyspecjalizowane zakłady. W projektowaniu oprzyrządowania specjalnego należy opierać się na typowych, sprawdzonych w eksploatacji rozwiązaniach. Daje to gwarancję prawidłowego działania i zmniejsza niebezpieczeństwo wystąpienia trudności przy wdrażaniu. Doświadczenie w zakresie stopnia poprawności swojego projektu uzyskuje konstruktor przez uczestniczenie w etapie sprawdzania, tj. w próbach działania wykonanego oprzyrządowania. Podczas takich prób konstruktor zapoznaje się z ewentualnymi usterkami i błędami, które popełnił. Przyczynia się to do poprawy następnych przez niego projektowanych konstrukcji. W konstrukcji oprzyrządowania specjalnego, tak jak w każdej innej konstrukcji, ważnym zagadnieniem jest tzw. technologiczność konstrukcji. Przez pojęcie to należy rozumieć taką konstrukcję oprzyrządowania i jego elementów, która spełnia minimum wymagań przy minimum kosztów. Minimum wymagań, to w głównej mierze możliwość pracy oprzyrządowania zgodnie z wymaganiami określonymi przez wyrób. a więc np. ekonomicznie uzasadniona dokładność wykonania gwarantująca wytworzenie wyrobu o żądanej a nie większej dokładności, minimalna trwałość oprzyrządowania gwarantująca wykonanie żądanej liczby wyrobów bez nadmiernego zapasu trwałości itp. Minimum kosztów, to najtańszy materiał spełniający wymóg trwałości oprzyrządowania przez cały przewidziany okres eksploatacji, najprostsza konstrukcja możliwa do realizacji za pomocą najbardziej dostępnych środków produkcji, najprostszych metod wytwarzania, przy najmniejszej możliwej pracochłonności. Przez technologiczność konstrukcji rozumie się również takie projektowanie, które przewiduje łatwą wymianę niektórych elementów narażonych na intensywniejsze zużycie albo zastosowanie elementów lub całych zespołów znormalizowanych. powinno

być możliwie

Oprzyrządowanie

uwzględniać

Rozdział

VIII ~

PODZIAŁ CZĘSCI Mj\SZYN WEDŁUG PODOBIENSTW A

TECHNOLOGICZNEGO

Proces technologiczny, jego struktura, liczba operacji zależy w dużym stopniu od opracowującego go technologa. Wynika to przede wszystkim z jego doświadczenia. Dlatego w praktyce przemysłowej poszczególne operacje technologiczne i całe procesy ula części technologicznie podobnych są znacznie zróżnicowane. Od dawna więc zamierzenia technologów szty w takim kierunku, aby ujednolicić w jakiś sposób opracowywanie procesów, stworzyć dla wybranej grupy części _proces~ _wzorcowe. Pierwsze zadanie. jakie się wyłoniło w związku z tym, to podział częsc1 na grupy tccllllologiczne do .;iebie podobne. Celem klasyfikacji jest uzyskanie takiego zbioru części, określonego nazwą typ (stąd nazwa typizacji), dla którego można ułożyć jeden typowy proces technologiczny, zawierający operacje _w>:komrne tym; samymi mewdwrn. jcc/nnkową Jic/.b<,; u ·' ""vicr'>. nar..
1. KLASYFIKACJA CZĘŚCI WG SOKOŁOWSKIEGO Klasyfikację części maszyn przeprowadzono po raz pierwszy w latach pięćdziesią­ tych w katedrze technologii budowy maszyn Leningradzkiego Instytutu im. Kalinina pod kierunkiem Sokołowskiego. Na podstawie tej klasyfikacji wszystkie części maszyn zostały zgrupowane w czterech działach: 1 - części obrotowe, 2 - części wieloosiowe, 3 - części płaskie, 4 - części specjalne. Wszystkie te działy zostały podzielone na 15 klas (rys. VTII-1). Dobierając odpowiednie wyróżniki klasyfikacyjne, jak np. dalsze zróżnicowanie kształtu, dokładność poszczególnych powierzchni, wymiar, materiał, można każdą klasę podzielić na grupy, podgrupy i typy. Typ jest najniższym stopniem klasyfikacyjnym. Tak więc dla określonego typu można opracować jeden typowy proces technologiczny. Do podstawowych zalet typizacji procesów technologicznych naJeży zaliczyć: - ujednolicenie na warsztacie procesów technologicznych dla części technologicznie podobnych, a opracowanych przez różnych technologów; - ujednolicenie normy czasów pracy dla części technologicznie podobnych; - stworzenie podstaw do unifikacji specjalnego oprzyrządowania i do uporządkowania gospodarki narzędziowej;

Zbiór części

Przykłady przedmiotów wchodzących w skład danej klasy

Nazwy klasy

E--·- 3Woły

Obroto......e

Tuleje

~

f:,_____)

ł#

Tarcze

~M;;::::::::::!:=:3!Ja

Mimośrody

WielOOSiowe

Przedmioty o skrzyżO'Mlnych osiach

~

@ pl ~

~

Dźwignie

~===3t~==~U~m

c

f'tyty

5 aal~I

fJ

Ptosk1e

Wpusty

lli1

Stojaki

Rys. VIII- I. Klasyfikacja

-::--

[

części

maszyn wg

((§] e

J

~B

1 X

mk

Sokołowskiego (cd. rys.

na s. nast.)

l. Klasyfikacja Zbi6rczęśc1

Nazwy klasy

Kątowniki

P!Oskie

Głowice

Koto ~bote

Krzywki

Spe.qalne

Śruby pociqgowe

1 ślimaki

Drobne e!emenły złqczne

części

wg

173

Sokołowskiego

Przykłady priedmiotów wchodzqcych w skład danej klasy

p c

I I ~,;,~

~

li ~ ~ części

~ I

~

m

~

{}-E 3-

Rys. VTII- I (cd.). Klasyfikacja

~

~

-@-

maszyn wg Sokolowskiego

- skrócenie czasu technologicznego przygotowania produkcji przez wykorzystanie typowego procesu oraz zastosowanie zunifikowanego oprzyrządowania; - umożliwienie porównania poziomu stosowanej technologii w różnych zakładach dla części technologicznfo podobnych; - stworzenie podstaw naukowych do podnoszenia kwalifikacji technologów.

2. TECHNOLOGICZNY KLASYFIKATOR CZĘŚCI MASZYN W Polsce zagadnieniem typizacji procesów technologicznych a w związku z tym maszyn zajmował się Instytut Organizacji Przemysłu Maszynowego. Opracowany przez Instytut klasyfikator składa się z dziewięciu znaków (rys. VIII~2). Pierwszy znak oznacza grupę klas. Dwa pierwsze znaki określają klasę. Klasa stanowi podstawową jednostkę podziału. Trzeci znak oznacza podklasę, czwarty wielkość klasyfikacją czę~ci

174

Podział części

Vili.

maszyn wg

podobieństwa

technologicznego

Grupo klas

Klaso

F\'.Xlkloso Typ technologiczny

części

Podstowowy~moolk_ lo~~~fi_ko_c~ji_częs-'--'c_i~~~~---

Rys. VIII-2.

Układ

i znaczenie poszczególnych

k.ryteńów

klasyfikatora

przedmiotu łub jego masę, piąty - odmianę technologiczną kształtu, szósty - materiał, siódmy - postać materiału wyjściowego, ósmy - dokładność obrobionych powierzchni, dziewiąty - skałę produkcji. Trzy pierwsze znaki charakteryzują podklasę, sześć znaków - typ technologiczny części, a kompletne dziewięciocyfrowe oznaczenie - wariant typu. Na przykład, t symbolu 351222042 można odczytać, posługując się odpowiednimi tablicami: 35 - koło zębate otworowe, l - walcowe, 2 - małe, 2 - z jednostronną piastą, 2 - wykonane ze stali utwardzonej powierzchniowo, O - obrabiane z pręta, 4 - wykonane w siódmej klasie dokładności, 2 - produkcja małoseryjna.

3. JEDNOLITY KLASYFIKATOR KONSTRUKCYJNO-TECHNOLOGICZNY , PRZEDMIOTOW PRODUKCll Na podstawie klasyfikatora Instytutu Organizacji Przemysłu Maszynowego powstał w latach siedemdziesiątych jednolity klasyfikator konstrukcyjno-technologiczny przedmiotów produkcji opracowany w Zakładzie Klasyfikacji i Informatyki Centralnego Ośrodka Badawczego Normalizacji. W klasyfikatorze tym przyjęto dwuczłonową budowę symbolu klasyfikacyjnego, w którym: człon I charakteryzuje przedmiot produkcji w stanie gotowym, człon II charakteryzuje przedmiot produkcji w każdym z jego pośrednich stanów wynikających z procesu technologicznego. Budowę symbolu klasyfikacyjnego podano w tabl. Vffi-1 . Człon I symbolu charakteryzuje przedmiot produkcji po przejściu przez wszystkie fazy procesu technologicznego. Ma on budowę stalą i składa się z dziewięciu znaków cyfrowych, obejmujących

3. Jednolity klasyfikator

175

następujące cechy: rodzaj przedmiotu - jeden znak. cechy kształtu trzy znaki, wymiary gabarytowe - trzy znaki, materiał - dwa znaki. Przedmioty produkcji wchodzące w zakres klasyfikacji podzielono na IO rodzajów, przy czym 7 z nich ma swoje nazwy (tabl. Vill-2), zaś 3 przewidziano jako rezerwę do adaptacji przez określone branże lub zakłady produkcyjne. W jednolitej klasyfikacji przyjęto trzystopniowy podział kształtu przedmiotów na: typ kształtu, rodzaj kształtu i odmiana kształtu. Wymiary gabarytowe podlegają kodowaniu w zależności od kształtu przedmiotu. Dla przedmiotów w kształcie brył nieobrotowych wymiarami charakterystycznymi będą: długość L, szerokość B, wysokość H, przy zachowaniu warunku, że L~B~H. Dla przedmiotów w kształcie brył obrotowych wymiarami charakterystycznymi będą: dłu­ gość L. maksymalna średnica zewnętrzna D,_, maksymalna średnica wewnętrzna D'". Podział na zakresy wymiarowe (tabl. VIII-3) jest wspólny dla wszystkich przedmiotów i wszystkich wymiarów. W jednolitej klasyfikacji przyjęto dwustopniowy podział materiałów, który jest wspólny dla wszystkich rodzajów przedmiotów, na: grupę materiałową (tabl. VID-4) oraz podgrupę materiałową (tabl. VIII-5). Człony Il symbolu jednolitego klasyfikatora konstrukcyjno-technologicznego przedmiotów produkcji zostily opracowane dla różnych technik wytwarzania. Symbol klasyfikacyjny w zakresie tego członu składa się z dziewięciu znaków cyfrowych, uwzględ­ niających następujące kryteria klasyfikacyjne (tabl. VIII-1): technika wytwarzania - dwa znaki, dokładność (chropowatość) - jeden znak, cechy uzupełniające - cztery znaki, masa - jeden znak, wielkość produkcji rocznej - jeden znak. Szczegółowa budowa członów Il podana jest w klasyfikatorze w odpowiednich tablicach klasyfikacyjnych. Obszary zastosowań klasyfikacji części maszyn są dosyć szerokie. Podstawowym zagadnieniem jest opracowanie typowych procesów technologicznych łącznie z unifikacją środków produkcji oraz automatyzacją projektowania procesów technologicznych. Klasyfikacja części maszyn ma jeszcze inne znaczenie. Bardzo istotna jest sfera dziaJań normalizacyjnych, w wyniku których tworzy się zbiory typowe i typoszeregi okreś­ lonych części. DaJszą pozytywną stroną normalizacji jest powtarzalność zastosowanych materiałów na poszczególne części. Przeprowadzenie klasyfikacji części maszyn umoż­ liwia zastosowania do poszczególnych operacji, a niekiedy i całego procesu, grupowych metod wytwarzania. Począwszy od lat sześćdziesiątych klasyfikację części przeprowadza się przy użyciu komputera. Zastosowanie maszyn cyfrowych odciąża bowiem projektanta od mechanicznych czynności wyszukiwania i stosowania poszczególnych informacji o zbiorach, pozostawiając mu jedynie podejmowanie decyzji na podstawie wyników pracy maszyny. Wymaga to jednak określenia jednolitej metody postępowania oraz ustalenia jednoznacznych kryteriów wyboru, a także wprowadzenia do maszyny zakodowanych informacji o poszczególnych częściach. Dzięki zastosowaniu komputerów uzyskuje się znaczną oszczędność czasu i przyspieszenie czynności związa­ nych z analizą zbiorów.

176

Vlll.

Podział części

maszyn wg

podobieńsrwa

technologicznego

Tablica VIII-1. Budowa symbolu klasyfikacyjnego Miejsce w symbolu klasyfikacyjnym

I

2

3

4

6

5

7

WYMIARY

KSZTAl:.T

8

IO

9

MATERIAL

., „

~

c:

·-

-- -"' "' „ ;:; "' ..."' ... .... "' ....., .:.: o

Wyrót.nik klasyfikacyjny (właściwość

przedmiotu produkcji)

::i

::i

-o N

a.

Oli ::i

.....,

"' -o N

o

o:::

a. >.

E-

N

cd N "O

o

o:::

N

-

"'c: o

·-E"' -o

o

....

....

c:

Cl

~

"" ""o

cd

Cl N

N

„

::i

8

„

N

„

„ ~ ~

·-c: ·-"'o u

c:

„....

-o

.....,, ""

.....,, ""

"" '"'o

""o "" ....

-o

...o

„ ....

N Cl)

Odlewnictwo

Odmiana techniki wytwarzania

Obróbka plastyczna na gorąco

Odmiana techniki wytwarzania

Obróbka plastyczna na zimno

Odmiana techniki wytwarzania

Obróbka ubytkowa

Odmiana techniki wytwarzania

Wytwarzanie części z proszków metali

Odmiana techniki wytwarzania

~

-.,. -.,.

::i

li

„.... o

"'>. ~

„

„

·-·-„.... „ ·-„"' „ "' -„ -„"' ..... .... "' ·.... "'~ ....o

~

o

....

....

~

E

8

a.

a. ::i ....

::i

()

Cl

N

Oli

-o

o

a.

>. ~

c:

..c:

„

()

E-

Wytwarzanie Odmiana z twotec hniki rzyw sztucznyc h wytwarzania

części

177

3. Jednolity klasyfikator

J2

13

14

15

Dokładność Liczba lub chropowa- rdzeni

gąibość

Liczba plaszczyzn

IOŚĆ

ścianki

podz.iału

Rodzaj odkuwki

Odmiana odkuwki

Dokładność

Typ odkuwki

MinimaJna

16

17

Technika wykonania fo.rmy i rdzenia

Masa

Postać

Masa

Dokladność

Rodzaj pokrycia

materiału

ChropowatOŚĆ

Dokładność

Chrapowatość

Grubość

Stan

Postać

materiału

materiału

materiału

wyjściowego

wyjściowego

wyjściowego

Rodzaj pokrycia

Charakter i miejsce obróbki cieplno-chemicznej

Przeznaczenie

Obróbka dodatkowa

Postać

Masa

Obecność

Maksymalna

i rodzaj zaprasek

grubość ści anki

Obróbka dodatkowa

Masa

Masa

materiału

materiału

wyjściowego

Wielkość

produkcji rocznej

wyjściowego

Postać

Wielkość

produkcji rocznej

Wielkość

produkcji rocznej

wyjściowego

Dokładność

Wielkość

produkcji rocznej

materiału

Postać

Wielkość

produkcji rocznej

wyj ściowego

Dokładność

18

Masa

Wielkość

produkcji rocznej

178

Vill. Podzial

części

maszyn wg

podobieństwa

technologicznego

Tablica VIll-2. Rodzaje przedmiotów produkcji Miejsce w symbolu, Kod

Rodzaj przedmiotu

1

Części złączne

2

Waly

3

Tarcze

rn o2

Tuleje

3 4

Dźwignie

6

Korpusy

7

Części z blachy, ksztaltowaików i drutu

8

9

o

6 7

nieclrą;żoae

L~D

drążone

L""0,5D

koła zębate

L~l.SD

uzębione

1.5D
5

s

8 9

bez otworów przelotowych L > D z otworami przelotowymi L> 3D

tuleje

I

o o o o o o o

0,5D~L~3D

4

człon

179

3. Jednolity ldasyfikator

• Tablica VIll-3.

Podział

na zakresy wymiarowe

Wymiary gabarytowe. mm Kod

Mtej~ce

Do

Ponad

o o o l

c1. łon

Om(I

2

3

10

3

10

25

4

25

63

5

63

120

6

120

150

7

250

500

8

500

1000

9

1000

2500

()

2500 kodować

w

kolejności:

Miejsce w "ymholu

~

o

5 dla przedmiotó'W o kształcie brył nieobrotowych

L

8

H

dla pn:edmiotów o l'ztałcie brył obrotowych

L

D,

o„

o

7

~

\7erokość, H wysokość, pny czym gdzie l · długość, B maksymalna lirednica iewnę\nna, o„ - maksymalna L>B>H. D średn ica wewnętr1na.

I

o

3 4 5 6 7 8 9

2

3

I

Wymiary

w symbolu,

180

VITJ.

Podział czę§ci

Tablica Vffi-4. Grupy

maszyn wg

technologicznego

mateńałowe

Grupa materiałowa Materiał

Kod

podobieństwa

1

Stałe węglowe

2

Stale stopowe

Miejsce w symbolu, człon I

o o o o o o o I 2 3 4 5 6 7 stałe

konstrukcyjne

stale

narzędziowe

rn o 8 9

stale konstrukcyjne stale narzędziowe

Stałe

3

o szczególnych fizycznych i chemicznych

4

Metale i ich stopy

5

Staliwa

6

Żeliwa

7

Tworz.ywa sztucz.ne termoi chemoutwardzalne

8

Tworzywa sztuczne termoplastyczne

9

Materiały różne

o

właściwościach

stale specjalne

staliwa węglowe, stopowe, specjalne itp.

drewno, skóra, tkaniny, papier, ceramika, guma itp.

"r•t.elaa

"'„.....

P

S

P.J'

_„.......„. MitjM:e w symbolu.

Kod

Podgrupa

materiałowa

o o o o o o o o 2

I

Grupa matenaIowa

I

2

3

Stal konstrukcyjna z-.vykłej ogólnego przeznaczenia wg PN-72/

6

5

Stal konstrukcyjna wyższej jakości PN-74/H-84019

jakości

1

4

określonego

do

nawęglania

prz.eznaczenia

człon

do ulepszania cieplnego

7 Stal

węglowa

narzędziowa

określonego

pneznaczenia

3

4

8 Stal automatowa

PN-66/ H-85020

6 7

5

9

8

I

rn o

Stal sprężynowa

PN-74/ H-84032

inne

H-84020 Stale stopowe nie zawierające niklu 2

do

nawęglania

do ulepszania cieplnego

Stale zawierające nikiel

do azotowania do

nawęglania

Stale o szczególnych właściwościach fizycznych

3

na magnesy

.k:nemowe o specjalnych właściwoś-

Stal odporna na korozję (nierdzewna i kwasoodpoma) PN-71 /

inne (np. stale oporowe)

4

brązy

mosi01dze

Aluminium i stopy aluminium

Stal szybko- Stal tnąca

sprężynowa

PN-71/

PN-74/ H-84032

do pracy na zimno

do pracy na gorąco

PN-69/ H-85023

PN-69/

Stal żaroodpoma i żaro-

Stal

PN-71/ H-86022

Stal odporna na ~cierarue i udenenie (stal Hadfielda)

Metale szlachetne i ich stopy

Stopy o specjalnym przeznaczeniu

Stopy łożys- Stellity kowe oprócz

wytrzymała

H-85022

inne

H-85021 łożyskowa

Żelazo i stopy żelaza z inaymi mecala- inne mi (np. niklu. tytanu Itp.)

H-86020

ciach elektrycznych Stopy miedzi

do ulepszania cieplnego

Stale narzędziowe

Magnez i stopy magnezu

Cynk j SIOpy cynku

brązu

mne metale i ich stopy cd. tabl. na s. nast.

tablica VTIJ-5 cd.

5

Staliwa węgStaliwa !owe ogólnego węglowe przeznaczenia określonego zwykłej, wyżprzeznaczenia szej i najwyższej jakości wg PN-71/ H-83152

6

szare wg PN-63/ H-83101

Żeliwo sferoidalne PN-69/ H-83213

Tworzywa kazeinowe

Feno- i aminoplasty

Żeliwo

7

8

9

o

Staliwa stopowe konstrukcyjne wg PN-73/ H-83156

Staliwa stopowe do pracy w

Staliwa odporne na

StaJiwa stopowe

korozję

żaroodporne

ścieranie

podwyższo-

(nierdzewne i kwasoodpome) PN-71/ H-83158

PN-73/ H-83159

PN-72/ H-83160

nych temp. PN-73/ H-83157

Żeliwo ciągliwe

Staliwa odporne na

Staliwa narzędziowe

PN-72/ H-83161

Staliwa stopowe pozostałe

inne staliwa

Żeliwo stopowe (nisko-. średnio-, wysokostopowe)

czarne PN-68/ H-83221

bi ale perlityczne PN-68/ H-83221

krzemowe PN-70/ H-8311 l

aluminiowe PN-70/ H-83112

manganowe PN-63/ H-83114

niklowe PN-70/ H-83115

chromowe PN-70/ H-83113

Żywice poliestrowe

Żywice alkidowe i allilowe

Silikony

Poliamidy

Żywice epo-

Poliuretany

Pollizocyjanouretany

Octany, azoPoliamidy tany mieszane, estry i etery celulozy

Poliwęglany

Polistyren kopolimery

Poliacetale

Drewno i materiały drewniane, korek

Tkaniny {np. filc, płótno) tekstolit

Skóra naturaJna i dermato id

ksydowe

Poliestry liniowe, po!itlenek fenyłanu, polisulfony

Polio!efiny

Mateńały

Azbest i ma-

ceramiczne iszklo

teriały

Guma (kauczuk naturalny)

SAN, Terpolimery ABS Papier (wyroby papiernicze), fibra. preszpan

azbestowe

Polichlorek Polimetak.rywinylu i wi- łan metalu nylidenu

Węgiel,

Węgliki

grafit

spiekane

inne żeliwa

inne

inne

inne

4. Typizacja procesów technologicznych

183

" 4. TYPIZACJA PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH Typizację

procesów technologicznych musi

poprzedzać podział części

maszyn na

rypy technologiczne podobne wg przyjętego klasyfikatora lub wg podziału dokonanego w zakładzie we własnym zakresie. Podziału dokonuje się w celu otrzymania takich

zbiorów części, aby dla każdego z nich można było opracować jeden proces technologiczny. Wszystkie części wchodzące w zakres jednego typu mogą być obrabiane (w tych samych operacjach) tymi samymi metodami, tzn. przy jednakowej liczbie ustawie6, jednakowych uchwytach i jednakowymi narzędziami. W wyniku typizacji technologicznych można przygotować jednakowy proces dla części technologicznie podobnych, zmniejszyć pracochłonność opracowania poszczególnych procesów, przeprowadzić typizację licznych środków produkcji i niektórych urządzeń. Typizacja procesów techno1ogicznych może być stosowana niezależnie od wielkości produkcji i jej rodzaju.

5. OBRÓBKA GRUPOWA CZĘŚCI MASZYN W określonych warunkach produkcyjnych osiągnięcie lepszych wskaźników wyjest możliwe przy zastosowaniu wydajniejszych metod obróbki. Czynnikiem, który w decydujący sposób wpływa na zwiększenie czasu obróbki małych serii, jest czas zużyty na czynności wchodzące w zakres czasu przygotowawczo-zakoóczeniowego. Czas przygotowawczo-zakończeniowy, to przede wszystkim czas związany z uzbrojeniem obrabiarki: z założeniem imaków, uchwytów, oprawek, ustawieniem narzędzi, ustawieniem zderzaków. Skrócenie tego czasu wpływa na możliwość obróbki nawet bardzo małych serii na skomplikowanych obrabiarkach, dla których przewiduje się znaczne czasy przygotowawczo-zakończeniowe. Potrzebna jest taka metoda, która dla często zmieniających się małych serii nie wymaga skomplikowanego przezbrojenia obrabiarki oraz długiego czasu jej nastawienia, a tylko wykonanie drobnych czynności. które mógłby wykonać sam pracownik obsługujący obrabiarkę bez pomocy ustawiacza. Warunki takie spełnia metoda obrób.ki grupowej, opracowana przez Mitrofanowa, a stanowiąca w pewnym sensie uzupełnienie typizacji procesów technologicznych w zastosowaniu do pojedynczych operacji. Jest ona stosowana przede wszystkim w produkcji małoseryjnej w celu powiększenia seryjności przez odpowiednie zgrupowanie części. Punktem wyjścia do opracowania procesu technologicznego dla grupy jest wytypowanie jednej części, tzw. przedstawiciela grupy. W tym celu wybiera się zwykle taką część, dJa której liczba zabiegów będzie największa. Przy takim założeniu wszystkie części o prostszych kształtach, wymagające mniejszej liczby zabiegów, będzie można wykonać bez trudu. Poruszone zagadnienie zilustrowano na rys. VIII-3. Spośród dziewięciu tulei, zakwalifikowanych do jednej grupy, wybrano jedną (przedstawiciela grupy), której wykonanie wymaga największej liczby zabiegów, i oznaczono ją literą A. Na rysunku Vlll-4 przedstawiono instrukcję obróbki grupowej dla tulei z rys. VIII-3. Podział operacji na zabiegi wykonano dla przedstawiciela grupy, a obok dajności

Grupa

ZESTAWIENIE GRUPY

Nazwa zakladu

R-1

CZĘŚCI KLASY TULEJA

Stanowisko

R5

Wyrób

Wydz. Mec/i.

BP-U/6/20 Materiał

Operacja I

Stó

1-45°

N

M ~

M

"'N "' e

co

N

'6-

13 24 5

05.03.34

27

El

05.04.02

05.04.05

------12 15

30

08.02.17

co

N

--·---o2-45°

~

.... :c

)Q &

M::W

I

355

11.03.33

22.01.11

"'M

:C CD

O

N

~ &

22

22.02.24

22.01.74

05.03.34 -

[!] -

Wykona!

22.02.31

przedstawiciel grupy

Data

Sprawdził

Data

Zatwierdził

Rys. Vill-3. Zestaw tulei wytypowanych do obróbki grupowej

Data

Nr

karty R-1

7.AKł.AO

KARTA OPERACJI GRUPOWEJ

Nrc~,

o

o

~

-

b;

::>

Charakterystyka grupy: Tulejk.a: D = 30+36 L= 15+26

;;;.,., oo: .§

V)

~

-;:.. ~ :::

~

Eos• L

I

l

"'

-

o

Przedstawiciel grupy

z

Nazwa cl)'Illlośca

Szkic operacji

Narzędzia

b

c

d

e

I

Dos. mat. do zderzaka i zam.

2

Nawiercić

)

Wiercić

4

Toczyć

zgrubnie D,

5

Toczyć

zgrubnie D1

6

Wytaczać

7

Toczyć kształtująco

D1

8

Toczyć kształtująco

D2

9

Planować czoło

to

Załamać

li

Załamać

12

Rozwiercać

li 3f~ I ·-f-7:;-0-0

otwór d

G

6f8

\;:raw . otworu

Toczyć wcięcie

Odciąć

N

s-

1

zewn. Krcsht

..,_

:;:i ........

o ..... ~ ..._ -. ..,_ ..,_

:2~ - " ! - " ! :::>....: :::>....: :;is =?S Q..ą o. '=? CC~ CC :;:t CCN ~~

........

I R5-M-047

- -

-

~

o

~

o

o

o

o

o

al

CC

al

al

CC

CC

CC

al

CC

I

2

3

4

5

6

7

8

9

10

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Zabieg „li.

I

(+występuje.

- nic występuje)

NWMb-15-SS

I

RS-M-028

I

+

+

+

+

+

+

+

I

RS-M-036

J

+

+

+

+

+

+

+

+

NNRc-12xl2-SS

I

R5-M-029

2

+

+

+

+

+

+

+

+

NNRa-12xl2-SS

1

RS-M-034

4

+

+ +

+ +

+ +

+

NWMb-d-SS

+

+

-

+

+

I

RS-M-037

I

+

+

+

+

+

+ +

+

NNRh-6x6-SS

+

+

+

NNRe-12xtl-SS

l

RS-M-035

\

+

+

+

+

-

+

+

+

+

NN"Ra-12x12-SS

1

RS-M-050

I

+

+

+

+

-

-

+

+

+

+

+

+

+ +

+ +

+

+

+

+

-

-

+

+

-

+

+

-

-

NNRa·l2xl2-SS l

NRTc-d-SS

na wymiar L

oN ........

oPrzyrządy

\ll.

NNRd·l2x12-SS

otw. d

14

@

Zderzak

NNRc-12xl2-SS

kraw. zewn.

I)

9f-1'

~(V';~)

wykańcz.

Opracowal:

&

12

d

o

o

N

Maten;ll

~

1L

o

N

l

2,..a::

Op. Zab. a

-----

ó

o

...... .,., ..._ ........ .., ......... ~ ..,N .......... .... .., -o - o ~!:: ::><-i :;:>..-: ~ą =?i, o.. • =?"i, o.. . =t ~~ cc8 CC ;fl CD ;g ~~ CC N ........

+

N-375-2xl 2-SS

I

NNPb-l 6xl 6-SS

I

Sprawdził:

Zatwierdza I:

+ -

+

+

+

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Uwagi:

Rys. VIll-4. Instrukcja obróbki grupowej dla tulei z rys. Vlll-3

186

VTII. Podzial

części

maszyn wg

podobieństwa

technologicznego

w tablicy znakiem „+" oznaczono zabiegi występujące w obróbce tej części, a znakiem strukturę procesu dla każdej części oddzielnie. Obróbka grupowa jest również przydatna w odniesieniu do obrabiarek sterowanych numerycznie, aczkolwiek w zupełnie innym ujęciu. Dla obrabiarek konwencjonalnych najistotniejszą sprawą jest podobieństwo kształtu części wchodzących w skład jednej grupy. W przypadku obrabiarek sterowanych numerycznie ta cecha przedmiotu nie odgrywa większej roli. Wynika to z faktu, że na obrabiarkach sterowanych numerycznie można wykonywać z reguły więcej zabiegów, dzięki możliwości zamocowania większej liczby narzędzi lub też automatycznej ich wymiany. Nie ma zatem żadnych przeszkód, aby na obrabiarkach tych obrabiać różnorodne kształty, bowiem nie jest istotny kształt przedmiotu, ale istotne jest czy mogą być one mocowane w tym samym uchwycie. Przykład czterech części obrotowych, różniących się kształtem, ale mających wspólną powierzchnię służącą do ich zamocowania, przedstawia rys. Vill-5.

„-" brak takich zabiegów. Uzyskano w ten sposób

Rys. Vlll-5. Przedmioty o

zróżnicowanych kształtach, mające wspólną powierzchnię

do ich zamocowania

Metoda obróbki grupowej przynosi duże korzyści w produkcji. Maleje przede wszystkim liczba procesów technologicznych i ich różnorodność. Zwiększa się stopień wykorzystania stanowisk i podwyższa się ogólny poziom operatywnego kierowania produkcją. Istnieje możliwość lepszego wykorzystania pracy ustawiaczy i zatrudnienia ich tylko do nastawienia grupowego, dalsze zaś przestawienie pracownik wykonuje we własnym zakresie. Maleje znacznie udział czasu przygotowawczo-za.kończeniowego w normie czasu. co ma istotne znaczenie przy wykonywaniu przedmiotów w małych seriach i w ten sposób obróbka staje się opłacalna na obrabiarkach bardziej skomplikowanych.

Rozdział IX

WYTYCZNE DO PROJEKTOWANIA ,

PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH „ TYPOWYCH CZĘSCI MASZYN

W rozdziale tym zostaną przedstawione procesy technologiczne elementarnych powierzchni i związane z nimi operacje. Zostaną również podane wytyczne do projektowania operacji, które występują w procesach technologicznych części różnych klas. Do operacji tych należy zaliczyć: trasowanie, operacje obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, usuwanie zadziorów i tępienie ostrych krawędzi, prostowanie, mycie, operacje kontroli jakości. Podsumowaniem procesów kształtowania elementarnych powierzchni oraz operacji dodatkowych występujących w trakcie procesów technologicznych będą wytyczne do projektowania procesów technologicznych dla typowych części maszyn klasy: wałek, tuleja, dźwignia i korpus.

1. OPERACJE KSZTAŁTOWANIA ELEMENTARNYCH POWIERZCHNI maszyny, niezależnie od klasy, do której ona należy, można elementarne powierzchnie, które będą się składały na całość. Do elementarnych powierzchni występujących w częściach różnych klas należy zaliczyć: zewnętrzne powierzchnie walcowe, otwory, powierzchnie płaskie, powierzchnie stożkowe i ksztattowe, rowki wpustowe i wielowypusty, gwinty, uzębienia. W

każdej części

wyłonić

a. OPERACJE

KSZTAŁTOWANIA

ZEWNĘTRZNYCH Zewnętrzne

POW1ERZCHNI WALCOWYCH

powierzchnie walcowe występują w takich klasach części maszyn, jak: tuleje, tarcze, części o przecinających się osiach, w częściach drobnych wykonywanych z półfabrykatów prętowych. Kształtowanie zewnętrznych powierzchni walcowych odbywa się najczęściej poprzez toczenie (obróbka zgrubna i kształtująca), aczkolwiek w niektórych specyficznych przypadkach (materiał bardzo ciągliwy) może to być frezotoczenie. W przypadku konieczności uzyskania wysokich dokładności (klas dokładności 5+8, parametr chropowałki,

188

lX. Wytyct.ne do projektowania procesów lechnologicz.nych

watości

powierzchni Ra ::::: l ,25+0,325 µm) stosuje się szlifowanie, a niekiedy nawet obróbkę bardzo dokładną (R 0 = 0,16+0,0l µm). Obróbka zgrubna i kształtująca zewnętrznych powierzchni walcowych. Najczęś­ ciej wykonuje się ją za pomocą toczenia, na różnych typach tokarek. Wybór tokarki zależny od kształtu części, jej wymiarów i wielkości serii. Technolog ma do dyspozycji cały szereg tokarek: tokarki kłowa-uchwytowe uniwersalne i produkcyjne. tokarki wielonarzędziowe, tokarki kopiarki, automaty tokarskie wzdtużne i inne. Tokarki kłowa-uchwytowe dzielą się na tokarki uniwersalne, stosowane głównie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, i na tokarki produkcyjne, przeznaczone do obróbki części o prostych kształtach, w produkcji seryjnej. Kształt i wymiary powietLChni nie odgrywają roli przy wyborze tokarki, mają one tylko wpływ na jej wielkości charakterystyczne. Dzisiaj uniwersalne tokarki kłowa-uchwytowe budowane są również ze sterowaniem numerycznym. Charakteryzują się one dużą sztywnością, dużą mocą zainstalowaną oraz dużym zakresem obrotów. Dzięki tym zaletom znajdują one coraz częściej zastosowanie w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Przyczyniły się do tego również noże tokarskie z płytkami z węglików spiekanych mocowanymi mechanicznie, z płytkami powlekanymi, pozwalającymi pracować z wysokimi prędkościami skrawania (200+300 m/min). Automatyczny cykl pracy takiej tokarki oraz całkowicie osłonięta przestrzeń robocza umożliwiają taką obróbkę. Tokarki wielonarzędziowe (rys. IX-1) stanowią osiągnięcia końca lat osiemdziesią­ tych. Wyeliminowaly one tokarki rewolwerowe i wielonożowe. Są co tokarki sterowane numerycznie, wyposażone w głowice rewolwerowe, jedną do trzech (rys. IX-2), w których umieszcza się zestaw narzędziowy tak dobrany, aby uzyskać na takjej tokarce przedmiot prawie gotowy. Na tokarkach tych realizuje się zasadę kompletności obróbki

Rys. IX- 1. Tokarka

wielonanędLiowa

Andrychowskiej Fabryki Maszyn

I. Operacje

kształtowania

elementarnych

189

powierŁchni

pnedmiotów o złożonych kształtach na jednej obrabiarce. Można to uzyskać między innymi dzięki rozwiązaniom konstrukcyjnym tych tokarek i wyposażeniu ich w dwa wrzecienniki, co umożliwia przemocowywanie przedmiotu w trakcie operacji. Wykonanie takich zabiegów jak wiercenie otworów poprzecznych. frezowanie rowków lub niedużych powierzchni jest możliwe do przeprowadzenia dzięki imakom narzędziowym. które przez połączenie sprzęgłowe z obrabiarką nadają narzędziom ruch obrotowy. Imaki te mogą być umieszczone na głowicy narzędziowej w różnej pozycji (rys. IX-3). Takie obrabiarki wielonarzędziowe wyposażone najczęściej w robot Jub dwa roboty ijeden do wymiany przedmiotów, drugi do wymiany narzędzi) noszą nazwę autonomicznych stacji obróbkowych (rys. IX-4). Tokarki kopiarki

pracują w

automatycznym cyklu wg wzorca, przy

ciągłym

ruchu

posuwowym narzędzia. Dzięki charakterystycznemu ustawieniu suportu na tokarkach kopiarkach (najczęściej 60°) do osi toczenia, istnieje możliwość toczenia powierzchni czołowych i odsadzeń pod kątem 90° do tej osi (rys. IX-5). Tokarki kopiarki budowane są z jednym suportem kopiującym (rys. IX-6a) lub z dwoma suportami (rys. IX-6b). Mogą to być również przystawki, wykorzystywane na tokarkach uniwersalnych bądź produkcyjnych. Toczenie przedmiotów na automatach tokarskich odbywa się przez wysuwanie materiału (pręta) z wrzeciona (rys. IX-7). Umożliwia to toczenie długich przedmiotów,

Eltl:J

4:1BE]-

Rys. JX-2. UkJad roboczy tokarki wiełonarzędziowej z dwoma suportami rewolwerowymi I i 2 oraz dwoma wrzeciennikami J i 4 do obróbki dwustronnej

Rys. IX-3. Głowica narzędziowa 7. imakami narzędziowymi zapewniaj:\cym.i ruch obrotowy narzędzia

190

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

fHEID MAGDEBURG)

Rys. IX-4. Autonomiczna stacja obróbkowa

Rys. IX-5. Toczenie ze

stałym

wadzącym!

posuwem pro-

I. Operacje

kształtowania

191

elementarnych powienchni

wskutek prowadzenia pręta tuż przy narzędziu. Uzyskuje się przez to znaczną sztywność układu i dużą dokładność. Dzisiaj budowane automaty tokarskie wzdłużne są sterowane numerycznie, w odróżnieniu od dotychczasowych sterowanych krzywkowa. Ich budowa bardzo się różni, ale pozostaje jedna wspólna cecha - obróbka przy wysuwającym się pręcie.

al

b)

Rys IX-6. Schematy toczenia kopiowego: a) z jednym suportem

kopiującym,

b) z dwoma suportami

kopiującymi

I - suport kopiujący 3

1-

wzdłuiny,

2-

suport poprzeczny, 3 -

wzornik, 4 -

przedmiot toczony

2

Rys. CX-7. Zasada pracy automatu tokarskiego wzdłuinego głowica nożowa, 3 - głowica narzędziowa, 4 - podajnik

wrzeciennik, 2 -

rnateńału

Ob r 6 b k a fr e z o t o c z e n i e m powierzchni walcowych jest procesem nowym. on głównie zastosowanie do obróbki materiałów ciągliwych, przy której powstają niepożądane wióry wstęgowe ciągle bądź skłębione. Wióry takie stwarzają istotne utrudnienia dla obsługującego obrabiarkę, niejednokrotnie prowadzą do uszkodzenia powierzchni przedmiotu obrabianego i narzędzia. Na obrabiarkach pracujących w cyk.lu automatycznym ulrudniają one wymianę przedmiotu. Proces frezotoczenia powierzchni walcowych gwarantuje powstanie wiórów łamliwych, odpryskowych. Proces ten będący połączeniem toczenia i frezowania może być zrealizowany na tokarce przy użyciu freza walcowo-czołowego (rys. IX-8a) bądi głowicy frezowej (rys. IX-8b). Przedmiot znajduje się w ruchu obrotowym, tak jak przy normalnym toczeniu, i jest obrabiany przez obracające się narzędzie zamontowane na osi wirującego wrzeciona. Prędkość skrawania w tym procesie jest sumą prędkości obrotowej narzędzia i przedmiotu. Znalazł

192

rx.

Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

b)

-+-·--1

Rys. IX-8. Obróbka powierzchni walcowych przez frezowanie: a) frezem walcowo-czolowym, b)

głowi~

frezową

Obróbka zgrubna i kształtująca toczeniem materiałów w sta nie twardym . Obserwowana tendencja kształtowania półfabrykatów z coraz mniejszymi naddatkami , coraz bardziej udoskonalone materiały narzędziowe sprawiają, że obróbk~ zgrubną i kształtującą przeprowadza się na twardo. Pozwala to na znaczne skrócenie procesu technologicznego (rys. IX-9). Na wydział obróbki mechanicznej dostarczany jest półfabrykat już zahartowany. Do takiej obróbki wykorzystywane są ostrza z regularnego azotku boru, płytki wieloostrzowe z ceramiki mieszanej (A1 20 3 + TiC) oraz powlekane węglik.i spiekane. O br ó b k a zgrubna i kształtująca to c ze n i e m n a s u c h o. Tendencja obróbki na sucho dotyczy wszystkich sposobów obróbki , nie tylko toczenia. Przyczyny decyduMotenot wyjściowy

~wstępre

lub

ze porrocq loc:zento. frezowonio. wiercenia

hcrloworne

i cdpuszc::zmie

Hartowanie

Kszłottowcne wykcń­

czcjqce za pomocq ba:enio. trezov.onio. s:zl 1fowania

i

Odpuszczonie Ksmttov.onie wykcń czające za pomocq szlifowania

Galowy przedm1ol

Rys. IX-9. Porównanie procesu technologicznego obróbki tradycyjnej z

obróbką

w stanie rwardym

I. Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

193

jące

o występowaniu takich tendencji to: ochrona środowiska, bezpieczeństwo i higiena pracy oraz koszty. Obróbkę na sucho zaczęto wprowadzać w pierwszej kolejności w procesie toczenia. Było to możliwe dzięki coraz większemu zastosowaniu nowoczesnych materiałów narzędziowych. Przy zastosowaniu tych materiałów. tylko w nielicznych przypadkach występuje konieczność obniżenia temperatury skrawania. W takich przypadkach powinno się stosować minimalne ilości płynu lub doprowadzenie go w określone miejsce. Do metod spełniających takie warunki należy zaliczyć:

- doprowadzenie płynu, przez otwory w narzędziu, pod płytki skrawające , - przepompowywanie, w układzie zamkniętym, przez otwory w narzędziu środka o bardzo niskiej temperaturze, np. skroplonego azotu, - doprowadzenie płynu w tradycyjnej postaci, ale w bardzo ograniczonej ilości , tak aby praktycznie wióry pozostały suche.

Obróbka

wykańczająca zewnętrznych

powierzchni walcowych.

Obróbkę tę

z reguły przeprowadza się na szlifierkach, aczkolwiek w niektórych przypadkach zastępuje się szlifowanie toczeniem. Ma to miejsce na tokarkach sterowanych numerycznie i to w tych przypadkach, gdzie wymagane klasy dokładności są wyższe (7, 8). Istnieją dwie metody s z I i f o w a n i a po w i er z c b n i w a I co wy c h : szlifowanie kłowe i bezkłowe, przy czym do obydwóch metod można stosować dwa zasadnicze sposoby szlifowania: posuwem wzdłużnym i posuwem poprzecznym. Szlifowanie kłowe z posuwem wzdłużnym stosuje się do powienchni walcowych długich. Ustawia się zderzaki, dzięki którym następuje samoczynne przełączenie kierunku posuwu stołu lub wrzeciennika, w zależności od konstrukcji szlifierki (rys. IX-10). Przy większej liczbie powierzchni proces ten wymaga

Rys. IX- I O. Szlifowanie

kłowe

z posuwem

wzdtużnym

zastosowania większej liczby operacji (rys. IX-11 a). Inaczej przedstawia się sytuacja przy obróbce na szlifierce CNC. Obróbka kilku powierzchni wymaga zastosowania Lylko jednej operacji (rys. IX-li b). Szlifowanie z posuwem wzdłuż­ nym może być realizowane jak.o szlifowanie wielokrotne z małym dosuwem ścier­ nicy, najczęściej stosowane, i jako szlifowanie głębokie. Pierwsze z nich odznacza się dość dużym posuwem osiowym, który powinien wynosić od 1/2 do 2/3 szerokości ściernicy. Naddatek przewidziany na szlifowanie jest usuwany w kolejnych przejściach. Po każdym przejściu następuje dosuw ściernicy o 2+3 µm. Ostatnie przejścia (od 2 do kilku lub kilkunastu), już bez dosuwu ściernicy, noszą nazwę wyiskrzania.

194

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. JX-11. Proces obróbki

wykaikzającej wałka

stopniowanego na szlifierce: a) konwencjonalnej, b) CNC

Szlifowanie głębokie charakteryzuje nastawienie ściernicy na końcowy wymiar. Skrawanie odbywa się przy bardzo małym posuwie rzędu 1+ 5 mm/obrót przedmiotu. Po takim przejściu następuje kilka przejść gładzących, a następnie wyiskrzanie. Szlifowanie głębokie może być stosowane do obróbki przedmiotów bardzo sztywnych. S z I i f o w a o ie k ł o w e p u n k to we jest nowym sposobem obróbki ściernej zewnętrznych powierzchni waJcowych. Charakterystyczną cechą tego procesu jest jego duża wydajność dzięki wysokiej prędkości skrawania, dochodzącej do 140 mis. przy równocześnie wysokich obrotach obrabianego przedmiotu wynoszących 12 OOO obr/min. Narzędziem są tutaj ściernice z regularnego azotku boru lub diamentowe o bardzo małej wysokości, rzędu kilku milimetrów (poniżej 10). Do realizacji tego procesu budowane są specjalne obrabiarki CNC, umożliwiające w jednym przejściu obróbkę wszystkich konturów walcowych, stożkowych, kształtowych, powjerzchni czołowych i wcięć (rys. IX- 12).

Rys. IX-12. Szlifowanie punktowe

wałka u zębionego

I. Operacje

kszlałtowania

elementarnych powierzchni

195

Ściernice z regularnego azotku boru i diamentu dziękj swoim zaletom, do jakich zalicza się odporność na zużycie i na zmianę profilu, wykorzystywane są do szlifowania wysokowydajnego (szybkościowego). Prędkości skrawania wynoszą tu od 80 do 280m/s. Obróbka z tak wysokimi prędkościami skrawania stawia wysobe wymagania obrabiarce, zwłaszcza w zakresie jej dokładności i odporności na drgania oraz doprowadzenia płynu obróbkowego. S z I i f o w a n i e k ł o w e z p os u we m p o p rzec z n y m jest stosowane do szlifowania powierzchni walcowych krótkich, przy założeniu, że szerokość ściernicy jest nieco większa od długości szlifowanej powierzchni (rys. IX-13). Przyjmując ten sposób ~zlifowania, można w jednej operacji obrabiać kolejno kilka powierzchni. W produkcji seryjnej, przy odpowiednim zaprofiJowaniu ściernicy, istnieje możliwość szlifowania równoczesnego kilku powierzchni w jednym zamocowaniu (rys. IX-14).

Rys. IX-13. Szlifowanie kłowe z posuwem poprzecznym

1

Rys. IX- 14. Szlifowanie

kłowe

odpowiednio

zaprofilowaną ściernicą

S z J i f o w a n ie be z kłowe polega na szlifowaniu przedmioLu bez usLalenia w kłach (rys. IX-15). Przedmiot 4 jest umieszczony na listwie prowadzącej 3, między dwiema obracającym.i się w jednym kierunku ściernicami, z których jedna jest ściernicą skrawającą I , druga zaś ściernicą prowadzącą 2. W ten sposób przedmiot otrzymuje, głównie od ściernicy prowadzącej, określoną prędkość obrotową. Zaleca się usytuowanie osi przedmiotu na wysokości h powyżej osi łączącej środki obydwóch ściemie. Unika się dzięki temu odchyłek kształtu (błędów kołowości). Wadą jest niestety niezadowalająca dokładność jaką się uzyskuje po tym sposobie obróbki. Ta ni edokład­ ność wynika ze szczególnej cechy szlifowania bezkłowego, jaką jest brak powiązań kinematycznych między szJjfowanym przedmiotem a zespołami szlifierki. Bazą w tej obróbce jest zewnętrzna powierzchnia szlifowanego przedmiotu, a niezbędny do obróbki

196

J.X. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys.

IX-15. Zasada szlifowania (opis w tekście)

bezklowego

ruch obrotowy oraz posuw osiowy - wzdłużny (w przypadku szlifowania wzdłużnego) przedmiotu jest wynikiem działania sił tarcia między przedmiotem a ściernicą prowadzącą i skrawającą. Sposób szlifowania bezkłowego z posuwem wzdłużnym jest stosowany do obróbki wałów gładkich, bez odsadzeń i kołnierzy. Posuw wzdłużny uzyskuje się przez skręcenie ściernicy prowadzącej o kąt rzędu 1+5° (rys. IX-16). Pochylenie ściernicy prowadzącej wywołuje powstanie składowej prędkości obrotowej ściernicy równej posuwowi wzdłuż­ nemu

f . ., = vJ sina,, gdzie /.,.. -

f-

posuw

wzdłużny,

współczynnik poślizgu ,

a, -

v, -

Rys. IX-16. Szlifowanie

Jak

widać wielkość

prowadzącej

posuwu

prędkość

obwodowa sciemicy prowadZ<}cej,

kąt skręcenia ściernicy prowadzącej.

bezkłowe

wzdłużnego

z posuwem

jest funkcją

wzdlużnyrn

prędkości

obwodowej

ściernicy

i kąta jej skręcenia. Przy szlifowaniu z posuwem wzdłużnym ściernica prowadząca musi być odpowiednio ukształtowana, tak ażeby linia zetknięcia ściernicy prowadzącej z przedmiotem była linią prostą, przebiegającą równolegle do osi ściernicy skrawającej. Powierzchnią spełniającą ten warunek jest hiperboloida obrotowa. Można ją łatwo otrzymać, obciągając pochyloną ściernicę prowadzącą obciągaczem diamentowym, przesuwanym równolegle do osi ściernicy skrawającej. Szlifowanie bezkłowe z posuwem poprzecznym stosuje się do przedmiotów, do których ze względu na ich kształt nie można zastosować posuwu wzdłużnego (rys. IX-17). W sposobie tym ściernica prowadząca l wykonuje posuw poprzeczny, a ścier­ nica skrawająca 2, oprócz spełnienia swojego zadania podstawowego, słu ży jako oparcie dla przedmiotu. Przedmiot szlifowany jest zakładany z boku lub z góry, a po zakoń-

I. Operacje

k~ztałtowania

197

elementarnych powierzchni

Rys. IX-17. Szlifowanie bezkłowe z posuwem poprzecznym fp (opis w tekście)

2

czonym procesie szlifowania usuwany mechanicznie. Ściernica prowadząca może być tutaj też skręcona, ale o bardzo mały kąt (ok. 0,5°). Powstająca przy takim skręceniu siła poosiowa zapewnia oparcie się przedmiotu powierzchnią czotową o zderzak. Do zalet szlifowania bezkłowego należą: bardzo wydajna obróbka, co wynika z mmimalnego czasu podawania przedmiotów, brak potrzeby wykonywania nakiełków, prosta obsługa, łatwość automatyzacji czynności związanych z podawaniem i odbieraniem przedmiotów szlifowanych. Do podstawowych trudności związanych z eksploatacją szlifierek bezklowych należy zaliczyć: trudność osiągnięcia wysokiej współosiowości poszczególnych czopów wału, a także dużej dokładności kształtu w przekroju wzdłużnym (walcowości) oraz w przekroju poprzecznym (odchyłka kołowości). Szczególną uwagę trzeba zwrócić na trudność pierwszą, która powoduje, że z reguły wały stopniowane przeznacza się do szlifowania w kłach. Do szlifowania bezkłowego nadają się te szczególne przypadki, w których tylko jeden z czopów jest dokładny, wymagania zaś w stosunku do pozostałych są macznie mniejsze i tym samym nie ma potrzeby zachowania ścisłej współosiowości. Szlifowanie bezkłowe może być również realizowane taśmą ścierną. Zasada takiego szlifowania jest podobna do zasady szlifowania bezkłowego za pomocą ściemie (rys. IX-18). Taśma ścierna I opasuje tarczę 2 i rolkę naprężającą 3. Przedmiot obrabiany 4 jest podparty na podtrzymce 5 i jest przesuwany wzdłuż swojej osi za pomocą ściernicy prowadzącej 6, s kręconej o odpowiedni kąt. Zamiast ściernicy prowadzącej

Rys. IX-18. Zasada szlifowania bezkłowego taśmą ściemą nadaniem ruchu posuwowego od skręconej tarczy prowadzącej (opis w tekście)

i

można również stosować taśmę ściemą prowadzącą l (rys. IX-19). Jest ona skręcona o pewien kąt i dociskana do przedmiotu 2 przez płytę oporową 3. Docisk taśmy roboczej do pnedmiotu obrabianego jest wywierany za pomocą płyty dociskowej 4. Ten spos6b szlifowania zaleca się szczególnie do szlifowania prętów gładkich i tych przedmiotów, w których należy zyskać małą chropowatość powierzchni bez konieczności uzyskania bardzo dokładnego wymiaru.

198

lX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. lX- l 9. Zasada szlifowania niem ruchu posuwowego za

bezkłowego ra§mą ściemq

z nada·

pomocą skręconej taśmy ściernej

w

(opis

tekście )

Podobnie jak w innych sposobach obróbki, w szlifowaniu dąży się. do znacznego ograniczenia płynu obróbkowego. W tym celu muszą być spełnione następujące warunki: - płyn musi być doprowadzony bezpośrednio do strefy skrawania, - strumień powietrza otaczający ściernicę musi zostać odpowiednio odchylony, aby płyn mógł być doprowadzony bez stosowanja wysokich ciśnień. To cz enie wykańczające zewnętrznych powierzchni wa lcowych dotyczy zarówno materiałów miękkich, bądź ulepszanych cieplnie o twardości nie przekraczającej 36 HRC, bądź materiałów twardych, nawet o twardościach 62+64 HRC. Możliwe do uzyskania dokładności w tym sposobie obróbki, to 7. 8 klasa dokładności. Zalety toczenia w stosunku do szlifowania sprawiły, że cotaz częściej zastę.puje się szLifowanie toczeniem. Do głównych zalet toczenia należy zaliczyć: - zmniejszenie kosztów inwestycyjnych, - zmniejszenie kosztów narzędziowych, - wyeliminowanie ewentualnych wad szlifierskich powstających na skutek wydzielania się dużych ilości ciepła, - zmniej szenie ilości odpadów; całkowicie wyeliminowany zostaje uciążliwy szlam powstający przy szlifowaniu, - mniejszy pobór energii przy tej samej wydajności obróbki , - zmniejszenie czasów przygotowawczo-zakończeniowych. Do obróbki wykańczającej toczeniem nadają się przede wszystkim tokarki charakteryzujące się tłumieniem drgań oraz sztywnym zamocowaniem narzędzi. Takie zalety wykazują niektóre tokarki sterowane numerycznie. Na ostrza narzędzi w tym sposobie ol;>róbki stosowane są węgliki spiekane, zwłasz· cza węglik.i powlekane, oraz spieki ceramiczne. Obróbka bardzo dokładna zewnętrznych powierzchni walcowych. Coraz częściej spotyka się żądania konstruktorów maszyn, ażeby niektóre powierzchnie miały, oprócz wysokiej dokładności, chropowatość powierzchni Ra= 0, 16+0,0 I µm. Są to chropowatości już bardzo małe, niemożliwe do zyskania w normalnej obróbce wykańczającej. Tego typu wymagania są możliwe do spełnienia na drodze obróbki bardzo dokładnej. Do najczęściej stosowanych sposobów dokładnej obrób.ki zewnętrznych powierzchni walcowych należą:

I. Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

199

- obróbki wiórowe - toczenie bardzo dokładne; - obróbki ścierne: dogładzanie oscylacyjne. docieranie, szlifowanie bardzo dokladne; - obróbki plastyczne - nagniatanie. Do obróbek wiórowych należy przede wszystkim zaliczyć toczenie bardzo dokładne. Dla uzyskania zadowalających wyników (R0 = 0,32+0,08 µm) wymagana jest dokładna obrabiarka charakteryzująca się dużą sztywnością i wysokimi prędkościami obrotowymi oraz narzędzie odporne na ścieranie. Toczenie bardzo dokładne charakteryzuje się skrawaniem z dużym.i prędkokiam.i skrawania do 1000 m/min i małymi posuwami rzędu 0,01 +0,06 mm/obr. W tych warunkach obróbki zużycie- noża następuje głównie wskutek ścierania. Dlatego ostrza powinny być wykonane z materiałów odznaczających się odpornością na ścieranie. Do materiałów tych zalicza się oprócz węglików spiekanych. zwłaszcza węglików powlekanych oraz spieków ceramicznych, przede wszystkim diament i regularny azotek boru. Podstawowym sposobem obróbek ściernych bardzo dokładnych jest dogładzanie oscylacyjne. W wynilCu tego procesu można uzyskać bardzo małą chropowatość powierzchni obrabianej (R 0 = 0.04+0,0I µm) oraz dobrą jakość warstwy wierzchniej. Dogładzanie oscylacyjne polega na usunięciu drobnych nierówności, powstałych po uprzedniej obróbce, za pomocą odpowiednio zaprofilowanycb pilników ściernych , bez zmian wymiaru obróbkowego zadanego przedmiotowi w operacji poprzedniej. Proces dogładzania oscylacyjnego odznacza się (rys. IX-20):

-~· Rys. IX-20. Kinematyka procesu

dogładzania

oscylacyjnego

- ruchem oscylacyjnym pilnika lub pilników ściernych w kierunku równoległym do osi przedmiotu; ruch oscylacyjny charakteryzują: częstotliwość i wielkość skoku; częstotliwości ruchu oscylacyjnego dobiera się w zakresie 500+3000 podwójnych skoków na minutę, wielkość zaś skoku wynosi 2-;-5 mm; - elastycznym dociskiem narzędzia (pojedynczego lub zespołu pilników ścier­ nych); nacisk jednostkowy w procesie dogładzania oscylacyjnego spełnia bardzo ważną rolę; ma on decydujący wpływ na chropowatość powierzchni obrabianej, jak równieź decyduje o wielkości zdejmowanej promieniowo warstwy materiału; przy dogładzaniu "scylacyjnym stosuje się naciski rzędu 0, 15+0,50 MPa; - ruchem obrotowym przedmiotu; ruch taki stosuje się przy dogładzaniu oscylacyjnym powierzchni walcowych; - ruchem posuwisto-zwrotnym przedmiotu, jeżeli długość powierzchni obrabianej jest większa od długości pilnika.

200

IX. Wycyczne do projektowania procesów technologicznych

W procesie

dogładzania

oscylacyjnego bardzo

wainą rolę spełnia płyn

obróbkowy. Do najważniejszych jego zadań należy zaliczyć: chłodzenie przedmiotu obrabianego, wypłukiwanie wiórów i wykruszonych ziarn ściernych, przeciwdziałanie zamazywaniu się pilników ściernych, zapobieganie korozji przedmiotów obrabianych, samozakoń­ czenie procesu dogładzania. Dogładzanie oscylacyjne można wykonywać na specjalnych obrabiarkach lub tokarkach, stosując odpowiednie przystawki do nadania pilnikom ruchu oscylacyjnego. Przystawki takie mocuje się na suporcie (rys. IX-21).

Rys. TX-21. Przystawka do

Dogładzanie

dogładzania

oscylacyjnego mocowana w imaku

narzędziowym

oscylacyjne może być również przeprowadzane jako bezkłowe. Wytutaj pełna analogia do szlifowania bezkłowego. Przy szlifowaniu z posuwem wzdłużnym osie wałów nadających przedmiotowi ruch obrotowy są skręcone o kąt rzędu 0,5+20°, dzięki czemu przedmiot otrzymuje dodatkowo ruch posuwowy wzdtużny. Proces ten jest realizowany na specjalnych obrabiarkach, na których powierzchnia przedmiotu jest kształtowana przez kolejne pilniki ścierne, różniące się wielkością i twardością. Tego rodzaju obróbkę można stosować również do części drobnych, np. wałeczków łożyskowych. Specjalną obrabiarkę do dogładzania oscylacyjnego części klasy wał (rys. IX-22a) przedstawia rys. IX-22b. stępuje

l. Operacje

kształtowania

201

elementarnych powierzchni

a)

Rys. IX-22.

Dogładzanie

oscylacyjne bezkłowe : a) wał z dogładzaną powierzchnią specjalna do dogladzania oscylacyjnego bezkłowego

wa l cową,

b) obrabiarka

Najnowszym rozwiązaniem jest dogładzanie oscylacyjne folią ściemą. Podłoże takiej folii jest wykonane z tworzywa poliestrowego o bardzo zwartej strukturze i grubości 75 µm. Na tak wykonane podłoże nakładane są j ednowarstwowo w polu elektrostatycznym mikroziarna ścierne. Urządzenie do dogładzania oscylacyjnego folią ścierną (najczęściej folią diamentową) przedstawia rys. IX-23. Folia jest odwijana z rolki podającej, dociskana do przedmiotu obrabianego za pomocą roik.i dociskowej , a następnie nawijana na rolkę odbierającą. Ruch folii jest bardzo powolny, rzędu kilkunastu mm/min. Ruch oscylacyjny o parametrach identycznych jak w dogładzaniu oscylacyjnym konwencjonalnym wykonuje suport rolki dociskowej. Proces dogładzanfa oscylacyjnego folią ściemą jest najczęściej realizowany na tokarkach z wykorzystaniem przystawek (rys. IX-23). Przedmiot dogładzany jest us talony w kłach tokarki. Wykonuje on ruch obrotowy. Posuw wzdłużny, o ile jest konieczny, zapewnia suport wzdłużny tokarki z umieszczoną na nim przystawką.

202

IX. Wytyczne do projektowania procesów 1echnologicznych

Rys. IX-23. Urządzenie do dogładzania oscylacyjnego folią ściemą, mocowaną na suporcie wzdłużnym tokarki

Drugim sposobem, który ma nieco mniejsze zastosowanie w obróbce bardzo dokładnej zewnętrznych powierzchni walcowych, jest docieranie. W przypadku powierzchni walcowych może być ono wykonywane jako maszynowe i maszynowo-ręczne.

Podstawowym układem kinematycznym docierania maszynowego powierzchni walcowych jest układ z mimośrodowym napędem separatora poruszającego obrabiane przedmioty (rys. IX-24), między dwiema tarczami docierającymi. Przedmioty 5, osadzone luino pod kątem w odpowiednich wybraniach separatora 4, obracają się wokół własnej osi i jednocześnie ślizgają wzdłużnie po powierzchniach tarcz docierających 1 i 2. Separator osadzony na sworzniu mimośrodowym 3 otrzy. muje napęd od tarczy docierającej i sworznia . Części klasy wał, zwłaszcza o większych wymiarach, dociera się również maszynowo-ręcznie. Proces ten odbywa się najczęściej na tokarce (rys. IX-25). Wal 1, ustalony w kłach, ma ruch obrotowy, natomiast docierak w postaci tulei 2, osadzonej w specjalnym uchwycie 3, jest przesuwany ręcznie ruchem posuwisto· -zwrotnym. Docieranie jest powszechnie stosowane do obróbki bardzo dokładnej powierzch· ni płaskich i dlatego zostanie ono bardziej szczegółowo omówione w punkcie c cego zewnętrznych

rozdziału.

Trzecim sposobem obróbki §ciernej bardzo dokładnej jest szlifowanie. Jest to szlifowanie z wysokimi prędkościami skrawania. Wymaga ono zastosowania specjal· nych szlifierek i specjalnych ściernic przystosowanych do tych prędkości. Ścier· nicami stosowanymi w tym sposobie obróbki są ściernice diamentowe i z regular· nego azotku boru. Odznaczają się one odpornością na zużycie i niezmiennością profilu. Prędkości skrawania stosowane już powszechnie w praktyce wynoszą od 80 do l60 rnls. Maksymalne prędkości w tym sposobie obróbki dochodzą do 300 mis. Możliwe do uzyskania chropowatości powierzchni wynoszą 0.16+0,08 µm. Spośród obróbek plastycznych jedyną znajdującą coraz szersze zastosowanie jest nagniatanie. Jest to proces plastycznego kształtowanfa warstwy wierzchniej części

I. Ooperacje

2

kształtowania

elementarnych powierzchni

203

3

Rys. IX-24. Docieranie maszynowe wałków a) schemat układu 1 - dolna tarcza docierająca. 2 - górna tarcza docierająca, 3 - sworzeń mimośrodu, 4 - separator p!7.edmiotowy, 5 - przedmioty docierane. 11, - prędkość obrotowa mimośrodu, e - mimośrodowość, 6 - kąt pochylenia wałka w separatorze, n - prędkość obrotowa tarczy docierającej, 11P - prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego b) widok dolnej tarczy docierajqcej z separatorem

204

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

2

Rys. IX-25. Docieranie maszynowo- ręczne walka na tokan:e (opis w tekście)

al

bl V

V

I

I

-

f

v-

prędkość

Rys. IX-26. Nagniatanie wałka: a) rolką, b) kulką obwodowa pnedmiotu, f - posuw wzdłutny, F -

sila docisku

maszyn. Realizowany on jest za pomocą kulek lub rolek o wysokiej twardości i małej chropowatości powierzchni, które osadzone w odpowiedniej oprawie są dociskane do obrabianej powierzchni i przemieszczane względem niej, przy ruchach względnych narzędzia i przedmiotu obrabianego (rys. IX-26). Ze względu na otrzymane wynik.i rozróżnia się: nagniatanie wygładzające i nagniatanie umacniające. Nagniatanie wygładzające jest typowym procesem obróblci gładkościowej, pozwalającym uzyskać małą chropowatość powierzchni przy możliwości poprawienia dokładno­ ści wymiarowej. Osiągana tym sposobem chropowatość powierzchni wynosi R0 = l,25+0,08 µm, w porównaniu z chropowatością przed nagniataniem R0 = 5+2,5 µm . Proces ten umożliwia w wielu przypadkach wyeliminowanie drogiej obróbki ściernej, a zatem wpływa na zmniejszenie pracochłonności obróbki wykań­ czającej.

I. Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

205

Nagniatanie umacniające, poza efektami nagniatania wygładzającego, jest dokonywane w celu zwiększenia trwałości części maszyn przez powiększenie ich wytrzymało­ ś~i zmęczeniowej i odporności na zużycie. Różnorodność narzędzi do nagniatania powierzchni zewnętrznych jest dość duża. Przedstawione na rys. IX-26 narzędzia z jednym elementem nagniatającym stosuje się do układu o dużej sztywności. W układach mniej sztywnych stosuje się głowice o trzech elementach nagniatających, które pozwalają na równoważenie sił promieniowych, co wkonsekwencji powoduje mniejsze drgania, a więc uzyskanie powierzchni o mniejszej chropowatości.

Rys. Xl-27. G\owica tnyrolkowa do nagniatania

zewnętrz.nych

powierzchni walcowych

Na rysunku IX-27 pokazano głowicę trzyrolkową do nagniatania zewnętrznych powierzchni walcowych. Głowica ta jest przeznaczona do pracy na tokarce. Mocuje się ją zamiast suportu poprzecznego. Nacisk każdej z rolek otrzymuje się za pomocą siłowników pneumatycznych, dzięki czemu istnieje możliwość łatwej regulacji siły docisku. Intensyfikację procesu nagniatania można zyskać, łącząc operacje toczenia kształ­ tującego z operacją nagniatania w wyniku zastosowania głowicy tocząco-nagniatającej (rys. IX-28). Jej szczególne zalety występują główrue podczas nagniatania powierzchni na znacznych długościach. Głowicę taką mocuje się, podobnie jak głowi.cę z rys. IX>27, na suporcie wzdłużnym tokarki.

206

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. IX-28. Głowica tocząco- nagniatająca przedmiot obrabiany, 2 - nóż zdzierak, 3 - n óż wykańczak, 4 - koszyk z elementami nagniatającymi, 5 - czujnik wskazujący wartość naddatku na nagniatanie, 6 - czujnik wskazujący ostateczny WyminT po nagniataniu, 7 - doprowadzenie płynu obróbkowego I -

b. OPERACJE KSZTALTOWANIA OTWORÓW występują niemal w każdej części, niezależnie od klasy, do której one Istnieje duże ich zróżnicowanie, które ma istotny wpływ na proces technologiczny. Otwory możn a podzielić na: - otwory niedokładne, średnio dok.ładne, dokładne i bardzo dokładne, - otwory wykonywane w materiale pełnym i otwory, które wstępnie zostały wykonane w półfabrykacie, - otwory przelotowe i nieprzelotowe, - otwory normalne i otwory długie, - otwory o zróżnicowanych średnicach, od bardzo małych do bardzo dużych. Dokładność otworów występuje w szerokim zakresie i obejmuje klasy dokładności od 5 do 14. Mogą to być otwory mało dokładne, wykonywane w tolerancji warsztatowej, poprzez otwory średnio dokładne, do otworów dokładnych i bardzo dokładnych od 8 do 5 klasy dokładności. Istotny wpływ na proces technologiczny wywiera fakt, czy otwór będzie wykonywany w materiale pełnym, czy wstępnie był on wykonany w półfabrykacie (np. odlewie, odkuwce). Dla obydwóch tych przy padków technologia będzie zróżnicowana.

Otwory

przynależą.

207

1. Operacje hztałtowania elementarnych powierzchni

Otwory przelotowe w stosunku do nieprzelotowych są prostsze w wykonaniu. Dotyczy to zwłaszcza otworów dokładnych. Otwory nieprzelotowe muszą być rozwiercane, wytaczane lub szlifowane, nie mogą natomiast być przeciągane. Stosunek długości otworu do jego średnicy jest wskaźnikiem. czy otwór jest normalny, czy jest to już otwór długi. Otwory o stosunku lid< S zaliczane są do otworów normalnych, wyjąLkowo lid< 8. Przy stosunku lid> 8 są to już otwory długie. których obróbkę przeprowadza się wg zupełnie odmiennej technologii. Otwory różnią się ponadto wielkością. Spotyka się je w szerokim zakresie wymiarów: od bardzo małych, których średnica może wynosić dziesiąte części milimetra, do dużych rzędu 500, 1000 i więcej milimetrów. Podstawowym sposobem obr 6 b ki z gr u b n ej otworów wykonywanych w marenale pełnym jest wiercenie. Do wykonywania otworów normalnych (lid< 8) stosuje się wiertla kręte. Wiertlem krętym uzyskuje się otwory w 12 i 13 klasie dokładności wg ISO, a więc w normalnej tolerancji warsztatowej. W przeciętnie stosowanych warunkach obróbki chropowatość powierzchni wynosi R0 = 20 µm. Wiertłem krętym można wiercić otwory na wiertarkach, tokarkach, wiertarko-frezarkach i innych obrabiarkach. Wiercenie na wiertarkach odbywa się najczęściej w uchwytach wiertarskich i wówczas wiertło jest prowadzone w tulejce wiertarskiej. Jeśli nie ma takiego prowadzenia, co ma miejsce na tokarkach, zabieg wiercenia powinien być poprzedzony zabiegiem nawiercania.

Rys. IX-29.

Prawidłowo

wykonane m1wier-

~enie

t-E=sJ

Ry.. DC-30. Poprowo•.

""JX'C'""

pracy

przez w1ertlo

Nawiercanie polega na wykonaniu, najczęściej posuwem ręcznym. wgłębienia w osi przedmiotu (rys. IX-29) odpowiednio zeszlifowanym wiertłem. Kąt wierzchołkowy narzędzia do nawiercenia powinien być o kilkanaście stopni mniejszy od kąta wierzchoł­ kowego wiertła krętego. Poprzez nawiercenie stwarza się dogodne warunki do wstępnej pracy wiertła. Nie rozpoczyna ono wtedy obróbki szerokim ścinem, lecz krawędziami skrawającymi (rys. IX-30). W czasie wiercenia powstaje duża siła poosiowa. Utrudnia ona wykonanie tego zabiegu na tokarce konwencjonalnej, zmuszając pracownika do znacznego wysiłku. Z tego powodu często dla otworów większych od 30 mm stosuje się dwa zabiegi: wiercenie i powiercanie, przy czym średnicę pierwszego wiertła przyjmuje się równą 0,6+0,7 średnicy wiertła końcowego. Inna sytuacja występuje na wiertarkach, które są przeznaczone do wykonania tego zabiegu, oraz tokarkach wieJonarzędziowych posiadających posuw mechaniczny. Wiertłem krętym uzyskuje się otwory w 12 i 13 klasie dokładności wg ISO, a więc w normalnej tolerancji warsztatowej. W przeciętnie stosowanych warunkach obróbki uzyskuje się po wierceniu chropowatość powierzchni Ra= 20 µrn.

208

IX. WyLyczne do projektowama procesów technologicznych

Coraz częscieJ wiertła kręte wypierane są przez wiertła z płytkami z węglik6w spiekanych mocowanymi mechanicznie (rys. IX-31 ). Wiertłami tymi można przeprowadzić obróbkę ze znacznie wyższym.i prędkościami skrawania. Uzyskuje się równid lepszą jakość wykonanych otworów. Szczególnie dotyczy to chropowatości powierzchni. Płytkę zewnętrzną można dodatkowo wykorzystać do przetoczenia otworu, po jego powierceniu.

,,----I

I

Wiertło

Rys. IX-31.

z

płytkami

z

węglików

o

spiekanych mocowanymi mechanicznie

Otwory odJane lub odkute w półfabrykacie nje mogą być obrabiane wiertłami na twardej i zwykJe nierównej powierzchni surowej otworu (skorupie) wiertła te ulegają szybkiemu zużyciu. Otwory takie, w zależności od wielkości produkcji, powinno się wiercić wiertłami z płytkami mocowanymi mechankzne, wytaczać lub krętym.i, gdyż

pogłębiać.

Wytaczanie w przeprowadzać

zależności

od

wielkości

otworu i

wielkości

przedmiotu

można

na tokarkach, wiertarkach, wiertarko-frezarkach i na centrach obrób-

zabieg ten wykonuje się nożem osadzonym w wytaczadle. ma zastosowanie głównie w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej, gdyż do tego zabiegu trzeba projektować wykonywać specjalne narzędzia, jakimi są po-

kowych.

Najczęściej

Pogłębienie

głębiacze. Obróbkę kształtującą i wykańczającą otworów wykonuje się przez: rozwiercanie, wytaczanie, szlifowanie i wiercenie na obrabiarkach do długich otworów oraz przeciąganie. Wybór sposobu obróbki zależały od klasy wykonania otworu i wymaganej chropowatości powierzchni, od wielkości otworu i wielkości produkcji.

I. Operacje

kształtowania

209

elementarnych powierzchni

Rozwiercanie jest sposobem obróbki stosowanym w produkcji jednostkowej, i seryjnej. w tych wszystkich przypadkach. kiedy otwór ma być wykonany na gotowo w jednej operacji. Przeprowadza się ją za pomocą znormalizowanych nanędzi jakimi są rozwiertaki, które dzieli się na rozwiertaki zdzieraki. do obróbki kształtującej, i rozwiertaki wykańczaki, do obróbki wykańczającej. Rozwiertaki są znonnałizowane i produkowane do średnicy 100 mm. jako trzpieniowe (dla mniejszych średnic) i nasadzane (dla średnic większych). W celu uzyskania dokładnego otworu w ldasie 6+8 na tokarce zastosować należy cztery zabiegi: nawiercenie, wiercenie jako obróbkę zgrubną, rozwiercanie zgrubne rozwiertakiem zdzierakiem jako obróbkę kształtującą i rozwiercanie wykańczające rozwiertakiem wykańczakiem jako obróbkę wykańczającą (rys. IX-32). W przypadku otworu doldadnego w przedmiocie z otworem wstępnie wykonanym w półfabrykacie, obróbka rozwiercaniem najczęściej dotyczy tylko obróbki wykańczającej. Przykład obróbki takiego otworu pmdstawia rys. IX-33. małoseryjnej

f-·-- (:3 ~ ~ Rys. !X-32. Obróbka otworu dokładnego na tokarce w klasie 6•8 " matenale pełnym

Rys. lX-33. Obróbka otworu

Ujemną stroną

dokładnego

ma =

na tokarce w klasie 6+8 w pnedmiocie wykonanym w półfabrykacie

L

otworem

4 wstępnie

roLwiertaków znormalizowanych jest stosunkowo szybkie ich zużywanie się na skutek utraty wymiarów. Tej wady nie mają rozwiertaki jednoostrzowe z wymienną płytką skrawającą (rys. IX-34). Wytaczanie jako obróbka kształtująca i wykańczająca dotyczy przede wszystkim otworów krótkich o dużej średnicy. dla których nie . można już stosować znormalizowanych rozwiertaków. otworów w częściach klasy korpus obrabianych na wiertarko-frezarkach i centrach obróbkowych. otworów wykonywanych w materia-

210

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. lX-34. Rozwiertak jednoostrzowy z

łach ciągliwych (miękkie

wymienną płytką skrawającą

stale do nawęglania), dla których trudno uzyskać małą powierzchni za pomocą rozwiercania. Dla wytaczania dokładnych otworów na tokarce muszą być spełnione wysokie wymaganfa dotyczące samej obrabiarki, jak i narzędzia. Warunkiem nieodzownym jest dobry stan tokarki, możliwość stosowania wysokich prędkości skrawania i małych posuwów. Warunkom tym odpowiadają tokarki sterowane numerycznie, na których nie stosuje się rozwiertaków. Dotyczy to otworów w klasach 7+8, niekiedy 6. Przeciąganie dokładnych otworów stosuje się coraz częściej w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Umożliwia ono uzyskanie otworów w klasie dokładności ITS o chropowatości powierzchni R 0 ::::;; 0,32 µm. Otwór wstępny pod przeciąganie wykonuje się wierceniem, bądź wierceniem i rozwiercaniem zgrubnym lub wytaczaniem. Przeciągać można otwory o średnicach do 200 mm na przeciągarkach pionowych i do 60+80 mm na przeciągarkach poziomych. Nie zawsze można stosować przecią­ ganie. Ograniczenie może stanowić przedm1ot obrabiany, który powinien mieć kształty i wymiary umożliwiające dobre jego oparcie podczas przeciągania, jak również powinien być dostatecznie sztywny, ażeby nie uległ odkształceniu na skutek działającej siły. Ograniczeniem mogą być też zbyt duże wymiary zewnętrzne przedmiotu. Coraz częściej przeciągaczy nie wykonuje się jako jednolitych, ale jako składane. Taka konstrukcja umożliwia, w przypadku uszkodzenia zęba, wymianę tylko seg· mentu a nie całego przeciągacza. Szlifowanie otworów występuje przede wszystkim w tych procesach, w których miała miejsce obróbka cieplna. W produkcji jednostkowej i małoseryjnej szlifuje się otwory większych średnic (powyżej 100 mm), ażeby uniknąć wykonywania specjal· nych rozwiertaków. Szlifowanie stosuje się w tych wszystkich przypadkach, w kt6· rych nie można uzyskać wymaganych dokładności poprzez rozwiercanie czy wytaczanie. Otwory w przedmiotach symetrycznych jak tuleje, tarcze, szlifuje się na normalnych szlifierkach do otworów (rys. IX-35). Otwory w przedmiotach niesymetrycznych szlifuje się na szlifierkach planetarnych, w których wszystkie ruchy (roboczy, posuwowy i obiegowy) wykonuje wrzeciono szlifierskie, natomiast przedmiot jest nieruchomy (rys. IX-36). W zależności od d1ugości otworu szlifowanie można przeprowadzić posuwem wzdłużnym lub poprzecznym. chropowatość

L. Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

211

Rys. IX-35. Szlifowanie otworu na szlifierce do otworów

Rys. IX-36. Zasada szlifowania otworu na szlifierce planetarnej

Rys. lX-37. Blokowy układ obrabiarki do otworów długich I - wneciennik, 2 - silnik napędu głównego, 3 - jedno1>lka prowadząca narzędzie, 4 - odprowadzenie płynu łącznie z wiórami, 5 jednostka posuwowa, 6 - przewód doprowadzający płyn obróbkowy. 7 - narzędzie, H - przedmiot obrabiany

Wiercenie na obrabiarkach do

długich

otworów, dotyczy otworów o lid > 8. Obróbka

tli odbywa się na specjalnych obrabiarkach (rys. IX-37), przy użyciu specjalnych narzędzi , wierteł do otworów długich (wiertła lufowe. wiertła pracujące wg metody BTA. płytkowe, rdzeniowe, ejektorowe). Cechą charakterystyczną tego sposobu obróbki jest podawanie pod ciśnieniem płynu obróbkowego, którego zadaniem jest, oprócz smarowania narzędzia i jego chłodzenia, przede wszystkim wypłukiwanie wiórów. Tego rodzaju technologia, przy starannym doborze warunków obróbki pozwala na osiągnięcie: - dokładności otworów w 9+ 11 klasie dokładności, a w szczególnych przypadkach w7+9 klasie dokładności, ·

212

IX. Wytyczne do projektowania procesów technolog1cznych

- chropowatości powierzchni Ra = O, 16+0,32 µm, - odchyłki kołowości do 2 µm, - prostoliniowości otworów w zależności od ich długości w granicach 0,0 I +0,05 mm. Zalety te powodują, że niekiedy dok.ładne otwory nonnalne, zamiast obrabiać w kilku zabiegach (np. nawiercanie, wiercenie, rozwiercanie zgrubne, rozwiercanie wykańczające) można ekonomicznie obrabiać na obrabiarkach do otworów długich. stosując tylko jeden zabieg. Operację o br ó b k i ba r d z o d o k ł a d n ej otworów należy przeprowadzar w tych wszystkich przypadkach, w których dokładność otworów musi być utrzymana w 5+ 7 klasie, natomiast wymagania odnośnie chropowatości powierzchni są bardzo wysokie i wynoszą R„ = 0,01 +O. L6 µro. Do najczęściej stosowanych sposobów bardzo dok.ładnej obróbki otworów należą: - obróbki wiórowe - bardzo dokładne wytaczanie; - obróbki ścierne: dogładzanie oscylacyjne, gładzenie. docieranie; - obróbka plastyczna - nagniatanie. Bardzo dokładne wytaczanie jest stosowane, podobnie jak w przypadku powierzchni zewnętrznych, tylko do obróbki niektórych materiałów, takich jak: miękkie stale, brązy. stopy aluminium. Wytaczanie takie może odbywać się na specjalnych obrabiarkach i musi stanowić oddzielną operację. Obróbkę tę wykonuje się powlekanymi węglikami spiekanymi. ostrzami diamentowymi. ostrzami z regularnego azotku boru. Bardzo dokładne wytaczanie pozwala uzyskać chropowatość powierzchni Ra ~0,08 µm. Jak wspomniano, do najczęściej stosowanych obróbek ściernych bardzo dokład­ nych otworów należą: dogfadzanie oscylacyjne, gfadzenie i docieranie. Zalety dogładzania oscylacyjnego, często stosowanego przy obróbce bardzo do· kładnej powierzchni zewnętrznych, skłoniły do prób zastosowania tego sposobu również i do obróbki bardzo dokładnej otworów. W celu umożliwienia stosowania tego procesu projektuje się specjalne jednostki, nadające odpowiednio ukształtowane· mu narzędziu ruch oscylacyjny (rys. IX-38).

Rys. fX-38.

Dogładzanie

otworu

oscylacyine

1. Operacje

kształtowania

Rys. IX-39.

elementarnych powierzchni

Głowice

c.lo

213

gładzenia

Najczęściej

stosowanym procesem obróbki bardzo dokladnej otworów jest gładzenie. otworów jest bardzo duży i może wynosić 8+ LSOO mm, długość zaś może być dowolna. Gładzenie jest stosowane do stali miękkich i hartowanych, żeliw oraz do metali nieżelaznych (brązu. mosiądzu i stopów lekkich). W procesie gładzenia narzędzie w postaci drobnoziarnistych pilników ściernych . osadzonych w specjalnej głowicy (rys. IX-39), wykonuje ruch obrotowy oraz posuwisto-zwrotny, zgodny z osią otworu. W wyniku skojarzenia obu ruchów każde ziarno pilnika ściernego wyznacza na powierzchni obrabianej linię śrubową. Proces powinien być tak prowadzony, ażeby nie następowało nakJadanie się kolejnych torów pojedynczych ziarn Zakres

średnic gładzonych

ściernych.

Do podstawowych zalet procesu gładzenia należy zaliczyć możliwość uzyskania powierzchni Ra= O, 16+0,02 µm oraz dokładności wymiaru w 5+ 7 klasie dokładności, a także możliwość poprawienia wady geometrycznej otworu (stożkowato­ ~ci, beczkowości i siodłowości). chropowatości

214

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Do wad procesu gładzenia należą: niemożliwość poprawienia osiowości otworu. wykruszanie się ziarenek ściernych w procesie gładzenia i wbijanie się ich w powierzchnię obrobioną. Ta ostatnia wada narzuca w procesie technologicznym dodatkową operację, jaką jest mycie części po procesie gładzenia (wypłukiwanie pod ciśnieniem). Proces gładzenia przeprowadza się na honownicach. W produkcji jednostkowej i małoseryjnej są to honownice uniwersalne, jednowrzecionowe (rys. IX-40). W produkcji seryjnej i wielkoseryjnej są to obrabiarki dostosowane do obróbki określonych prLedmiotów. Najczęściej są one budowane jako dwu-, trzy-, cztero- i pięciowrzecionowe. Wobec możliwości dogładzania oscylacyjnego otworu i gładzenia, proces docierania jest stosowany dość rzadko, poni eważ jest wykonywany sposobem maszynowo-ręcznym. Jeden z typów docieraka do docierania maszynowo-ręcznego przedstawiono na rys. IX-41. Docierak I , osadzony we wrzecionie 2, wykonuje ruch obrotowy i posuwisto-

Rys. IX-40. Uniwersalna honownica jednowrzecionowa firmy Gehring

I. Operacje ksztahowania elementarnych powierzchni

215

B =

= = = = = = = =

5

Rys. IX-41. Docierarka do docierania

maszynowo-ręcznego

otworów (opis w tekście)

-zwrotny. Przedmiot trzymany ręcznie jest przesuwany między zderzakami 4. Zmiana średnicy docieraka następuje przez naciśnjęcie dźwigni 5. Metoda nagniatania, powszechnie stosowana do obróbki powierzchni zewnętrznych. znajduje coraz większe zastosowanie do obróbki otworów. Można powiedzieć, że zaczyna ona wypierać dotychczas stosowane gładzenie, po którym powierzchnia ma charakterystyczne rysy przecinające się pod kątem i spełniające rolę ostrzy podczas współpracy z czopem. Jednym ze sposobów nagniatania jest przetłaczanie przez obrabiany otwór kulki lub trzpienia z jedną lub kilkoma wypukłyrni powierzchniami. Sposób ten - aczkolwiek prosty - ma następujące wady: zwiększa średnicę zewnętrzną przedmiotu obrabianego i powoduje wypływanie materiału na powierzchniach czołowych. Wady te w wielu przypadkach zmuszają do przeprowadzenia dodatkowej obróbki. Do nagniatania otworów są również projektowane specjalne głowice. Jedną z nich przedstawiono na rys. IX-42. Pracę nagniatania wykonuje sześć stożkowych rolek I o zbieżności 1:40, zamocowanych równolegle na obwodzie za pomocą koszyka 2. Rolki te toczą się po stożkowym trzpieniu 3 o zbieżności J:20 i mogą przemieszczać się

wymiaru

Rys. IX-42.

Głowica

do nagniatania otworów (opis w

tekście)

216

IX. Wy1yczne do projektowania procesów 1echnologic1nych

Rys. IX-43. J-

rolki

nagniatające,

2-

Głowica

nożyk.i

do nagniatania i równoczesnego wytaczania do wytaczania, 3 - otwory doprowadzające płyn obróbkowy do stref) skrawania

względem tego trzpienia w kierunku wzdłużnym w wyniku pokręcania korpusem 4, co powoduje wsuwanie lub wysuwanie względem stożkowego trzpienia tulei 5, a tym samym przesunięcie promieniowe rolek. Inny typ głowicy roztaczająca-nagniatającej pozwalającej na wykończenie otworu w jednej operacji, przedstawiono na rys. IX-43.

c. OPERACJE

KSZTAŁTOWANIA

POWIERZCHNI

PŁASKICH

Powierzchnie płaskie występują w częściach różnych klas, ale przede wszystkim klasy korpus i w częściach płaskich. Sposoby obróbki powierzchni płaskich można podzielić na stosowane do przeprowadzenia obróbki zgrubnej i kształtującej oraz do przeprowadzenia obróbki wykańczającej, niekiedy nawet bardzo dokładnej. Obróbkę z gr u b n ą i kształt u j ą cą wykonuje się za pomocą strugania, frezowania i szlifowania. Str u gan i e stosowane jest przede wszystkim w produkcji jednostkowej i mało­ seryjnej na strugarkach wzdłużnych. Do zalet strugania należy zaliczyć: mały czas przygotowawczo-zakończeniowy, proste narzędzie oraz możliwość uzyskania dość wysokich dokładności. Osiągana dokładność (odchyłka od prostoliniowości) obróbki na strugarkach wzdłużnych wynosi 0,2+0, I mm na długości 1000 mm. To sprawia, że struganie wykorzystuje się nie tylko jako obróbkę zgrubną i kształtującą, ale często jak.o wykańczającą, zwłaszcza w przypadku obróbki przedmiotów gabarytowo dużych. Wadą strugania jest mała wydajność, co wynika głównie z małych prędkości skrawania i dużych strat na ruch powrotny jałowy. Fr e z o w a n i e jest obróbką znacznie bardziej wydajną, ale nieco mniej dokładną niż struganie. To zwiększenie wydajności jest spowodowane zastosowaniem narzęd.zi wieloostrzowych, jakimi są frezy. Jest to szczególnie odczuwalne przy frezowaniu powierzchni płaskich frezowymi głowicami o dużych średnicach, bardzo sztywno związanych z obrabiarką, z ostrzami wymiennymi mocowanymi mechanicznie, co w

częściach

I. Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

217

pozwala na stosowanie dużych prędkości skrawania. Mniejsza dokładność powierzchni frezowanej w porównaniu ze struganą wynika z faktu, że struganie jest obróbką ciągłą, frezowanie zaś obróbką przerywaną, gdyż poszczególne ostrza pracują okresowo. Ciepło powstające w procesie obróbki przy strnganiu rozprzestrzenia się na całą długość strugania, podczas gdy przy frezowaniu skupia się ono na stosunkowo niedużej powierzchni, co powoduje silne miejscowe nagrzanie i możliwość powstawania odkształceń. Frezowanie stosowane jest z reguły jako obróbka zgrubna i kształtująca. Dokładność wymiaru przy frezowaniu kształtującym odpowiada 8+ JO klasie dokładności, odchyłka od prostoliniowości wynosi O, I mm na l OOO rmn, a chropowatość powierzchni R0 =2,5 µm. Dokładności te zależą głównie od obrabiarki, narzędzia i gatunku obrabianego materiału. W latach 1985-90 zaczęto stosować frezowanie z dużymi prędkościami skrawania. Budowane są już i wdrożone do przemysłu specjalne obrabiarki przystosowane, tak pod względem prędkości obrotowych wrzeciona, jak i mocy, do tego procesu. Prędkości frezowania w zależności od obrabianego materiału wynoszą I000+5000 m/min. Obróbka taka pozwala na uzyskanie znacznie mniejszych chropowatości powierzchni aniżeli przy frezowaniu konwencjonalnym. Całe powstałe w procesie frezowania ciepło odprowadzane jest z wióran1i i płynem obróbkowym, przedmiot zaś pozostaje zimny. Nie ma więc niebezpieczeństwa odkształceń cieplnych przedmiotu. Dodatkową korzyścią jest zmniejszenie czasu obróbki w porównaniu z frezowaniem konwencjonalnym o około 50%. S z I i f o w a n ie może być stosowane nie tylko jako obróbka wykańczająca, ale również jako obróbka zgrubna. Dotyczy to zwłaszcza korpusów odlewanych i spawanych. Obróbka zgrubna szHfowaniem należy do najbardziej wydajnych. Wynika to z moż­ liwości stosowania dość dużych głębokości skrawania od 1,5 mm dla żeliwa do 0,5 mm dla stali i znacznych posuwów wzdłużnych od J m/rnin dla żeliwa do 6 m/min dla stali. Do szlifierek do szlifowania czołowego, szczególnie do obróbki zgrubnej, stosuje się ściernice o dużych średnicach, dochodzących do 2000 mm. Ściernice te wykonuje się jako jednolite (rys. IX-44a) lub segmentowe (rys. IX-44b, c i d). Ob r ó b k a wy k a ń c z aj ą c a powierzchni płaskich stosowana jest w tych przypadkach, w których wymagania postawione przez konstruktora są wyższe, aniżeli to może zapewnić obróbka kształtująca. Dotyczy to parametru Ra> 0,63 µm i odchyłki od

al

b)

Rys. LX-44. Ściernice do szlifowania zgrubnego powierzchni płaskich (opis w tekście)

218

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

prostoliniowości

< 0,1/1000 mm. Podstawowym sposobem obróbki wykańczającej pojest szlifowanie. Występuje ono z reguły po frezowaniu. l16re nie może zapewnić tych dokładności, co struganie. W produkcji seryjnej 1 wielkoseryjnej dla małych powierzchni stosuje się przeciąganie. Obróbka wykańczająca szlifowaniem jest przeprowadzana najczęściej obwodem ściernicy na uniwersalnych szlifierkach do płaszczyzn (rys. IX-45). Przedmioty duże, jak wierzchni

płaskich

.„

a)

I

I

b)

I I ~i h1 ,11 111

.11..!_llL li I

Tjl

iLl :~ I I I I

Rys. IX-45. Szlifowanie powierzchni

płaskiej

obwodem

ściernicy:

a)

wq.~ką ściernicą.

a)

b)

Rys. lX-46. Szlifowanie

ściernicą garnkową (opi~

w tekście)

b)

szeroką ściemie,

219

I. Operacje ksztaltowania elementarnych powierzchni

np. łoża obrabiarek, szlifuje się na szlifierkach specjalnych. Szlifowanie takich powierzchni odbywa się najczęściej ściernicami garnkowymi, przy czym ustawienie ich może być prostopadłe do powierzchni szlifowanej (rys. IX-46a) lub nachylone pod kątem 3+5° (rys. IX-46b). W zależności od ustawienia ściernicy otrzymuje się inne ślady na powierzchni szlifowanej, co jest widoczne na rysunkach. Większą dokładność zyskuje się przy ustawieniu prostopadłym, natomiast lepsze odprowadzenie ciepła ze strefy skrawania - przy nachyleniu.

b)

a)

Rys. IX-47. Szlifowanie

pełzające:

a) profil

ściernicy,

b)

głębokość

szl ifowania

Nowoczesnym sposobem obróbki powierzchni płaskich kształtowych jest szlifowanie pełzające pełnym profilem ściernicy. Jest to jeden z najwydajniejszych sposobów obróbki powierzchni kształtowych przy bardzo skomplikowanych kształtach. Ściernica odpowiednio zaprofilowana (rys. IX-47a) pracuje na pełnej głębokości (rys. IX-47b), mogącej dochodzić do l O mm. Ten proces szlifowania może być prowadzony współ­ bieżnie lub przeciwbieżnie, co nie ma znaczenia dla uzyskania wysokich dokładności i małych chropowatości powierzchni. Obróbka ta wymaga stosowania bardzo intensywnego chłodzenia strefy obróbkowej. Zadaniem doprowadzanego płynu obróbkowego jest również wypłukiwanie wykruszonych ziarn ściernych i cząstek obrabianego materiału. Profilowanie ściernicy odbywa się w trakcie procesu szlifowania. Przeprowadzenie tej obróbki wymaga szlifierek do płaszczyzn z bezstopniowo regulowaną prędkością przesuwu stołu w obie strony (ruch pełzający stołu).

b)

,._______ __j Rys. LX-48. Szlifowanie powierzchni

\„

B

.I

płaskich taśmą ściemą:

a)

wąską,

B

.I

b)

szeroką

Tam, gdzie wymagania w zakresie chropowatości powierzchni są wysokie, znacznie w zakresie dokładności, stosuje się coraz częściej szlifowanie taśmami ściernymi. Szlifowanie takie można prowadzić taśmą wąską lub szeroką (rys. IX-48). Podczas szlifowania taśmą wąską (rys. IX-48a) przedmiot obrabiany wykonuje ruchy zaś niższe

220

IX. Wytyci.ne do projektowania procesów technologicz.nych

prostoliniowe zwrotne. Jednoslka z taśmą wykonuje ruch roboczy główny oraz prostoliniowy ruch poprzeczny w sposób skokowy. Bardzo wydajna jest obróbka na szlifierkach z taśmą szeroką (rys. IX-48b). Stosuje się ją do dużych powierzchni o szerokości do 2000 mm. Drobne przedmioty szlifuje się najczęściej w linii obróbkowej, wyposażonej w transporter i kilka jednostek szlifierskich. W ten sposób można na jednym stanowisku prowadzić obróbkę zgrubną, kształtującą i wykańczającą, stosując ta.~my o różnej ziarnistości. Schemat szlifierki taśmowej do szlifowania wałków przedstawiono na rys. IX-49.

Rys. IX-49. Szlilierka

taśmowa

firmy Liher

Na proces szlifowania taśmami ściernymi mają wpływ taśmy ścierne, elementy dociskowe oru parametry nastawcze. Taśmy ścierne należą do grupy narzędzi nasypowych, w których warstwa ścierniwa przymocowana jest do podłoża, którym może być papier lub płótno. Budowę taśmy ściernej przedstawia rys. IX-50. Na podłoże I jest nałożona warstwa spoiwa podkładowego 2. w której są osadzone ziarna ścierne 3, zalane następnie spoiwem zalewowym 4. Elementy dociskowe różnią się kształtem, twardością i uks ztałtowaniem bieżnika (rys. TX-51 ). Do podstawowych parametrów nastawczych procesu szlifowania taśmami ściernymi zalicza się: - prędkość skrawania. która dla stali węglowych waha się od 25+30 m/s dla obróbki zgrubnej do 30+35 mis dla obróbki wykańczającej.

I. Operacje ksztaltowan1a elementarnych powierzchni

221

nacisk jednostkowy, który wplywa decydująco na wydajność procesu oraz wydajn~ść i jakość powierzchni szlifowanej. Przy obróbce stali węglowej nacisk Jednostkowy zmienia się od 0,15+020 MPa przy obróbce zgrubnej do O,l+0,15 MPa przy obróbce wykańczającej. -

Rys. IX-50. Budowa

taśmy ścieniej

(opis w

tekście)

Rys. IX-51. Elementy dociskowe Przeciąganie jest sposobem obróbki, który znajduje zastosowanie w produkcji wielkoseryjnej w odniesieniu do niedużych powierzchni. Obrabiarkami najbardziej typowymi do przeciągania zewnętrznego są przeciągarki pionowe (rys. IX-52). Jakość przeciąganej powierzchni zależy w dużym stopniu od sztywnego i pewnego zamocowania przedmiotu obrabianego. Przeciąganie powierzchni zewnętrznych jest obróbką bardzo wydajną. W porównaniu z frezowaniem wydajność tego procesu jest 5+8 razy większa. Uzyskana chropowatość powierzchni zależy w dużym stopniu od prędkości skrawania. Dla prędkości 6+40 m/min możliwa do uzyskania chropowatość powierzchni wynosi 0,63+0,08 µm. Odpowiada więc ona powierzchni szlifowanej.

222

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. lX-52.

Przeciągarka

pionowa do

płaszczyzn

Obróbka bardzo dokładna powierzchni płaskich dotyczy zasadniczo trzech sposobów obróbki: skrobania, docierania i mikroszlifowania. Skrobanie powinno być stosowane w procesie technologicznym po obróbce wykań· czającej. Tak jest w istocie wtedy, kiedy chodzi o zwiększenie nośności powierzchni i o zmniejszenie jej chropowatości. Jednak w pewnych warunkach produkcyjnych skrobanie zastępuje niekiedy obróbkę wykańczającą szlifowaniem, zwłaszcza w tych przypadkach, gdy zaklad nie dysponuje odpowiednią szlifierką. Skrobanie jest obróbką wiórową, a zatem może być stosowane do materiałów, których twardość nie przekracza 32+36 HRC. Jest to obróbka bardzo pracochłonna. gdyż w większości przypadków przeprowadzana jest ręcznie. Polega ona na zdejmowaniu drobniuteńkich warstw materiału narzędziem zwanym skrobakiem. Miarą

l. Operacje

kształtowania

Kloso

Rysunek

elementarnych powierzchni

Liczbo

dd<ładnośc1 punktów

~ ~ ~ ~

5

4

3~5

Zastosowanie

części moszyn tqc:zone no state.prowadnice przestowne cięzk1ch obrab1orek

prowadnice aężk1ch obrobiorek prowadnice przestawne powierzchnie skrobane

5T8

~

stołów

3

8-12

~


223

prowodnice robocze obrabiarek ponewki łożyskowe przyrzo,dy w1ertorsk1e, frezarskie

2

1s~20

dokłodne prowadnice obrabiarek panewki tażysk wrzecion robocze przyriqdy kontrolne

1

25732

wzorcowe przyrzqdy kontrolne

0e$~

Cf'lł~(JfJ

{

r~PQ '° :0::0 0

<1J

ooo ·o--o

e>'O

Rys. IX-53. Klasy

dokładności

powierzchni skrobanych

dokładności powierzchni jest liczba plamek, którą uzyskuje się na powierzchni o wymiarach 25 X 25 mm w wyniku tuszowania. Do żądanej liczby plamek w zależności od wymaganej klasy chropowatości skrobania (rys. IX-53) pracownik dochodzi przez kolejne tuszowanie i zeskrobywanie materiału z wypukłości powierzchni pokrytych tuszem. Skrobanie powinien wykonywać pracownik o wysokich kwalifikacjach. Coraz częściej wprowadza się skrobaki mechaniczne (elektryczne, pneumatyczne), które mogą mieć zastosowanie jedynie przy skrobaniu wstępnym. Obróbka dokładna skrobaniem zawsze przeprowadzana jest ręcznie.

Rys. IX-54. Schemat położenia mikroziaren ściernych w strefie obróbki podczas docierania v, - prędkość przedmiotu obrabianego, v 0 - prędkość docieraka. p - nacisk jednostkowy, F - docisk. A - nominalne pole powierzchni docierania, PO - przedmiot obrabiany. D - docierak, J. 2, 3. ... , mikroziama ścierne

224

lX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Docieranie jest procesem powierzchniowej obróbki ściernej luźnym ścierniwem stosowanym w celu uzyskania małej chropowatości powierzchni (R 0 = 0,16+0,0l µm), dużej dokładności (6+0 l k1asa ISO) oraz szczelności przylegania współpracujących u sobą powierzchni. Rolę ostrzy skrawających spełniają mikroziarna ścierne (rys. IX-54) znajdujące chwilowe oparcie w docieraku, który stanowi część chwytową narzędzta. Ziarna ścierne są dostarczane w strefę obróbki w postaci zawiesiny w cieczy lub mikropasty. Praca mikroziam ściernych polega głównie na mikroskrawaniu.

Rys. IX-55. Plyty do docierania

ręcznego

Rys. IX-56. Docierarka 1ednotarczowa

\. Operacje 'v.l,1..tahowania e\ementamych pow1enchni

225

Docieranie QO~\eru:.tmi ~~ti<:.t\ \\\
Rys. IX-57. Doc1en1rka dwutarczowa: a) widok ogólny, b) dolna tarcza docierająca z separatorami

226

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologic7..nych

obrabianego. Zwiększenie tego nacisku można uzyskać, nakładając na przedmiot~ odpowiednie obciążniki lub stosując dociski pneumatyczne (rys. IX-56). Docieranie powierzchni płaskich równoległych odbywa się na docierarkach dwutarczowych (rys. IX-57). Przedmioty obrabiane wykonują ruch obiegowy w uchwytach, napędzanych pierścieniem zębatym, między tarczą docierającą dolną i górną. Docieranie, w zależności od wymagań dotyczących chropowatości powierzchni i dokładności, może być prowadzone jako docieranie wstępne, dokładne i bardzo dokładne. Na poszczególny rodzaj obróbki główny wpływ mają: wielkość mikroziaren ściernych i warunki obróbki, do których zalicza się: nacisk jednostkowy i prędkości docierania. Mikroszlifowanie jest nowym sposobem obróbki. Narzędziem jest tutaj ściernica, ale kinematyka odpowiada procesowi docierania. Może być przeprowadzone przy użyciu materiałów ściernych konwencjonalnych (elektrokorund, węglik krzemu), ale głównie stosuje się je do docierania materiałów trudno obrabialnych (np. ceramiki) przy użyciu materiałów ściernych supertwardych. Chodzi bowiem o oszczędność materiałów; zuży­ cie materiałów, w których ziarna są związane, jest znacznie mniejsze w stosunku do materiałów z ziarnami luźnymi. Narzędziem w tym procesie jest tarcza (ściernica) pokryta ziarnami diamentu lub regularnego azotku boru. Szlifowanie wg kinematyki docierania charakteryzuje się znacznie zwiększoną wydajnością w stosunku do docierania klasycznego. W wyniku tej technologii uzyskuje się czystą, świecącą powierzchnię, która wymaga tylko przemycia. Dodatkową jej zaletą jest możliwość wyeliminowania obróbki wykańczającej, a szlifowanie można prowadzić bezpośrednio po obróbce kształtującej.

d. OPERACJE KSZTAŁTOWANIA POWIERZCHNI STOŻKOWYCH I KSZTAŁTOWYCH Istnieją metody pozwaJające obrabiać zarówno powierzchnie kształtowe, jak i stoż­ kowe, ale są i takie, które można zastosować tylko do powierzchni stożkowych albo tylko do powierzchni kształtowych. Obróbkę powierzchni stożkowych przeprowadza się w oddzielnej operacji lub jako jeden z zabiegów obróbki kształtującej. Jest to zależne przede wszystkim od kształtu stożka i jego dokładności. Do podstawowych sposobów obróbki powierzchni stożko­ wych należy zaliczyć: toczenie przez skręcenie suportu, przez przestawienie osi konika, według liniału, toczenie na tokarkach kopiarkach i tokarkach sterowanych numerycznie, toczenie nożem kształtowym. Toczenie powierzchni stożkowej przez skręcenia górnego suportu (rys. IX-58) jest sposobem bardzo prostym i łatwym w zastosowaniu do stożków krótkich. Może być realizowane jedynie posuwem ręcznym i to jest zasadnicza jego wada. Stożki długie o małym kącie pochylenia toczy się przez przestawienie osi konika (rys. IX-59). Stożki te można toczyć z posuwem mechanicznym. Możliwość łatwego przejścia z toczenia powierzchni walcowych na toczenie powierzchni stożkowych daje obróbka tych powierzchni za pomocą przestawnego liniału (rys. IX-60).

1. Operacje

Ry~. IX-58.

Toczenie powierzchni skręcenia suportu

kształtowania

stażkowej

przez

elementarnych powierzchni

227

Rys. IX-59. 'Toczenie powierzchni stotkowej przez przestawienie osi konika

Rys. IX-60. Toczenie powierzchni stożkowej za pomoca przestawnego liniału

Obrabiarkami umożliwiającymi obróbkę powierzchni stożkowych oraz kształtowych są tokarki i frezarki kopiarki. Do niedawna toczenie na kopiarkach stanowiło podstawowy sposób wykonywania powierzchni kształtowych. Kopiarki są jednak wypierane przez obrabiarki sterowane numerycznie, gdyż odpada konieczność każdorazowego projektowania i wykonywania kopiału . Toczenie nożem kształtowym ma zastosowanie tylko do powierzchni krótkich, mało dokładnych .

e. OPERACJE KSZTAŁTOWANIA ROWKÓW WPUSTOWYCH I WIELOWYPUSTÓW Rowki wpustowe i wielowypusty mogą występować zarówno na powierzchniach (dotyczy to zwłaszcza części klasy wałek), jak i w otworach. Technologie wykonywania rowków wpustowych i wielowypustów różnią się i dlatego zostaną omówione oddzielnie. zewnętrznych

228

CX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rowki wpustowe na powierzchniach zewnętrznych wykonuje się za pomocą frezowania. W zależności od ukształtowania rowka przez konstruktora można wykonał rowek frezem do rowków na frezarce pionowej (rys. IX-61a), bądź też frezem tar· czowym na frezarce poziomej (rys. IX-6lb). Zastępczo można frezować rowki wpustowe frezem palcowym (rys. IX-61c).

a)

1

--

Rys. LX-61. Frezowanie rowka wpustowego: a) frezem do rowków na frezarce pionowej, b) frezem tarczowym na frezarce poziomej, c) frezem palcowym na frezarce pionowej

Rowki wpustowe w otworze wykonuje się, stosując dwie podstawowe metody. W produkcji jednostkowej i małoseryjnej może być stosowane dłutowanie na dłutow­ nicy, natomiast w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej powinno się wykonywać rowki wpustowe przez przeciąganie. Rowki wpustowe, zgodnie z PN, wykonuje się w 9 klasie dokładności wg układu ISO. Dokładność tę otrzymuje się, obrabiając rowek frezem tarczowym w jednym lub kilku przejściach, albo frezem palcowym do rowków wpustowych. Niekiedy konstruktor zacieśnia niepotrzebnie klasę dokładności wykonania rowka. Tak.ie rozwiązanie powinno się spotkać ze sprzeciwem technologa. W nowoczesnych konstrukcjach połączenia wpustowe coraz częściej zastępuje się połączeniami wielowypustowymi, które mają wiele zalet z punktu widzenia konstrukcyj· nego. Zarysy wielowypustów mogą być różne: prostokątne (rys. IX-62a), ewolwentowe (rys. IX-62b) lub trójkątne (rys. IX-62c). Najczęściej stosuje się wielowypusty prostokątne lub ewolwentowe, których technologia jest podobna. Znormalizowane są jednak tylko wielowypusty prostokątne. Wielowypusty można wykonywać za pomocą obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej. Obróbka wielowypustów skrawaniem należy do metod tradycyjnych powszechnie stosowanych. Odznacza się dużą pracochłonnością, wynikającą z konieczności stosowania kilku operacji, przynajmniej dwóch (obróbka kształtująca i wykańczająca). Najwłaściwszym sposobem wykonania wielowypustów na powierzchniach zewnętn­ nych, w produkcji seryjnej, jest frezowanie obwiedniowe za pomocą freza ślimakowego

229

I. Operacje kształtowania elementarnych powienchni

(rys. IX-63). Wałki krótkie frezuje się na normalnej frezarce obwiedniowej do kół zębatych (rys. IX-64). natomiast wałki długie na frezarce do gwintów długich. Zastępczo, głównie w produkcji małoseryjnej, bądź też dla większych zarysów można frezować zgrubnie wielowypusty na frezarce poziomej frezami tarczowymi (rys. IX-65a), a następnie kształtują.co frezem tarczowym kształtowym (rys. IX-65b). Podcięcia, które mogą występować w połączeniach wielowypustowych wykonuje się bądź równocześnie z frezowaniem kształtowym, stosując odpowiedni frez (rys. IX-66a), bądź też w oddzielnej operacji za pomocą dwóch frezów kątowych (rys. IX-66b). Znacznie mniejsze możliwości ma technolog w przypadku obróbki wielowypustu w otworze. Pierwsza metoda to dłutowanie na dłutownicy. Można ją jednak uznać za metodę zastępczą, dopuszczalną jedynie w produkcji jednostkowej, a wyjątkowo - w produkcji małoseryjnej przy zastosowaniu dokładnego przyrządu podziałowego. Drogą i jedynie poprawną metodą jest obróbka wielowypustu przez przeciąganie. Można przeciągać tylko same rowki (rys. IX-67a) lub rowki łącznie z otworem (rys. IX-67b). c)

\I/

~

\'/ .I.

Rys. lX-62. Zarysy wielowypustów: a)

+

prostokątne ,

b) ewolwentowe, c)

trójkątne

·f\

Rys. JX-63. Frezowanie wielowypustów frezem

ślimakowym

Rys. CX-64. Frezowame krótkiego wałka wielowypustowego na frelal'Ce obwiedmowej

a}

Ry~.

IX 65. Frezowanie wielowypustu: a) zgrubne ze~połem frezów tarczowych, b) kształtujące freum tarczowym ksztahowym

231

1. Operacje ksztaltowania elementarnych powierzchni

Rys. IX-66. Wykonanie b)

podcięć;

zespołem

frezów

a) frezem ksztaltowym, kątowych

b)

a)

Rys. JX-67.

Przeciąganie

wielowypustu: a)

przeciąganie

rowków, b)

przeciąganie

rowków

łącznie

z otworem

Obróbce wykańczającej w wielowypustach podlegają tylko te powierzchnie, które są powierzchniami ustalającymi. W przypadku wielowypustów na powierzchniach zewnętrz­ nych mogą to być powierzchnie zewnętrzne lub wewnętrzne wypustów. Z obróbką wykańczającą powierzchni zewnętrznych nie ma żadnych istotnych trudności, gdyż można ją wykonać na normalnej szlifierce do wałków i może to być jeden z zabiegów operacji szlifowania czopów walcowych. Powierzchnie wewnętrzne wielowypustów szlifuje się na szlifierkach do płaszczyzn ściernicą kształtową (rys. IX-68a). Powierzchnie boczne wielowypustów, o ile wystąpi taka konieczność, można szlifować równocześnie za pomocą odpowiednio zaprofilowanej ściernicy (rys. IX-68b) lub w oddzielnej operacji (rys. IX-68c). Podobnie wygląda sprawa z obróbką wykańczającą wielowypustu w otworze. Powierzchnie wewnętrzne wielowypustu można szlifować na normalnej szlifierce do

Rys. IX-68. Obróbka

wykańczająca

wielowypustu na powierzchni zewnętrznej: a) szlifowanie powierzchni b) szl.ifowanie powierzchni wewnętrznej i boków wypustu ściernicą c) szlifowanie boków wypustu w oddzielnej operacji

wewnętrZnej ściernicą kształtową, kształtową,

232

IX Wytyczne do projektowania procesów 1echnolog1cznych

otworów. Znacznie trudniejsza jest sytuacja w przypadku powierzchni zewnętrznych. Można te powierzchnie również szlifować, każdą oddzielnie, stosując odpowiednie oprzyrządowanie, co jest bardzo trudne w realizacji. lub docierać. co z kolei jest bardzo pracochłonne.

W wyniku stosowania obróbki plastycznej w produkcji wielkoseryjnej można uzyskać znaczne korzyści w postaci wielokrotnie zwiększonej wydajności. oszcz~dności materiału, oszczędności powierzchni roboczej, braku wiórów. obniżenia chropowatości powierzchni, zwiększonej wytrzymałości zmęczeniowej i odporności na zużycie.

2

Rys. LX 69. Schema1 walcowania wielowypusw metodą WPM obrabiany przedmiot. 2, 3 - szczęki kształ· tujące. 4 mimośrodowe walki napędowe

Rys. IX-70. Zasada walcowania planetarnego na walcarkach firmy Grob (opis w tekście)

I. Operacje

Praktycznie

kształtowania

tę metodę można stosować

których Rm < 1100 MPa, a których JO+J2%.

elementarnych powierzchni

233

do obróbki wielowypustów z materiałów, dla do wydłużenia A 10 nie jest mniejsza niż

zdolność

Istnieje kilka metod wykonywania wielowypustów na drodze obróbki plastycznej. Nazwy tych metod są związane z ich twórcami lub producentami urządzeń. Walcowanie wielowypustów metodą WPM jest walcowaniem profilowo-mimośrodo­ wym. Twórcą tej metody jest prof. Zdzisław Marciniak. Jej cechą charakterystyczną jest użycie narzędzi o wewnętrznej powierzchni kształtującej (rys. IX-69). Walcowanie planetarne (uderzeniowe) jest realizowane na walcarkach planetarnych firmy Grob. Zasadę walcowania przedstawiono na rys. IX-70. Rowki wielowypustu kształtują rolki 1 o odpowiednim profilu. Rolki są ułożyskowane w walcach oporowych 2, osadzonych w korpusie głowicy 3. Materiał obrabiany 4 otrzymuje obrót i przesuw.

Ry•. lX-71. ""'"' wruoowm;• w;•lowypustu

metodą

Roto-Flo

,J

~

~------~

Walcowanie wielowypustów metodą Roto-Flo jest walcowaniem dwiema przeciwna specjalnych walcarkach. Obydwie szczęki ukształtowane w postaci listew są ruchome, dzięki czemu przedmiot obrabiany wykonuje wyłącznie ruch obrotowy wokół nieruchomej osi (rys. IX-7 l). bieżnymi szczękami

f. OPERACJE KSZTAŁTOWANIA GWINTÓW Gwinty wykonuje się na drodze obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej. Sposób wykonania gwintu zależny będzie przede wszystkim od rodzaju gwintu, jego dokładności i wielkości produkcji. Obróbkę g w i n l ów skra w a n iem można wykonać za pomocą nacinania narzynkami, gwintownikami, głowicami gwinciarskimi, nożami albo za pomocą frezowania, frezowania obrotowego lub szlifowania. Niektóre z wymienionych sposobów mogą być stosowane zarówno do nacinania gwintów na powierzchniach zewnętrznych i w otworach, niektóre zaś nadają się tylko do jednej z tych powierzchni. Nacinanie gwintów narzynkami jest wykonywane na tokarce przy zastosowaniu specjalnych oprawek. Do wad tego sposobu obróbki należy zaliczyć: konieczność stosowania małych prędkości skrawania, częstą zmianę kierunku obrotów wrzeciona oraz występujące uszkodzenia powierzchni gwintu przy wycofywaniu narzynki. Gwinty wykonane tym sposobem odpowiadają gwintom średnio dokładnym i zgrubnym. Dokładność gwintów nacinanych gwintownikami zależy nie tylko od właściwej konstrukcji części roboczej gwintownika i prawidłowo dobranej geometrii ostrzy do obrabianego materiału, lecz także od wielu innych czynników, z których najważniej­ szymi są: rodzaj nacinanego gwintu (o zarysie trójkątnym lub trapezowym), rodzaj otworu (ślepy czy przelotowy), liczba stosowanych gwintowników (liczba przejść), zastosowany płyn obróbkowy, prędkość skrawania. Ta liczba czynników sprawia, że

234

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

nawet dla produkcji seryjnej powinno się każdorazowo wykonywać badania w celu znalezienia optymalnych warunków, które zapewnią otrzymanie poprawnego gwintu. Bardzo ważne jest właściwe przygotowanie otworu pod nacięcie gwintu. W zależności od wymaganej jego dokładności otwór wierci się wiertłem odpowiedniej średnicy, albo wierci i rozwierca zgrubnie. Każdy otwór powinien mieć pogłębienie (sfazowanie), które ułatwia wprowadzenie gwintownika (rys. IX.-72). Przy nacinaniu gwintów w otworach nieprzelotowych należy pamiętać, że nie ma możliwości wykonania gwintu na pełną głębokość otworu. Wymiar x (rys. IX.-73) jest uwarunkowany długością na.kroju gwintownika, natomiast wymiar y określa przestrzeń między dnem otworu a gwintownik.iem. 120°

Rys. IX-72.

Rys. lX-73.

Właściwie

przygotowany otwór pod gwintu gwintownikiem

nacięcie

Wielkości

x i y w otworze gwimowanym

Głowice gwinciarsk.ie stosuje się w produkcji seryjnej; samootwierające się głowice (rys. IX-74), gdy gwint występuje na końcówce wałka, lub samozamykające się głowice (rys. IX-75) do nacinania gwintów w otworach, nie mają wad występujących przy pracy narzynkami i gwintownikami. Eliminuje się bowiem ruch powrotny (wykręcanie, narzynki lub gwintownika, a tym samym niebezpieczeństwo uszkodzenia powierzchni naciętego gwintu. Nacinanie gwintów nożami jest sposobem nieekonomicznym, ale często spotykanym, szczególnie gdy chodzi o zapewnienie dokładnej współosiowości nacinanego gwintu z innymi powierzchniami łub nacinania gwintów wielokrotnych. Sposób ten stosowany jest w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. W zależności od rodzaju gwintu wymaga on od kilku do kilkudziesięciu przejść noża. Nacinanie gwintów nożem zapewnia uzyskanie gwintów dokładnych. Frezowanie gwintów jest sposobem obróbki bardzo wydajnym. W zależności od rodzaju gwintu narzędziem może być frez pojedynczy lub wielokrotny. Frezować można zarówno gwinty na powierzchniach zewnętrznych (rys. IX-76), jak i w otworach (rys. IX-77). Przy wykonywaniu gwintów dokładnych frezowanie często traktuje się jako obróbkę zgrubną lub zgrubną i kształtującą.

I. Operacje

kształtowania

Rys. IX-74.

Rys. IX-75.

Głowica

do nacinania gwintów

Głowica

235

elementarnych powierzchru

gwinciarska w widoku

wewnętrznych

b)

Rys. IX-76. Frezowanie gwintów na powierzchniach zewnęcrznych: a) za b) za pomocq freza pojedynczego

pomocą

freza wielokrotnego,

-

Ry!>. IX-77. Frezowanie gwintu

wewnętrznego

236

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. IX-78. Frezowanie obro1owe gwin1ó11 1 - silnik napędu głowicy, 2 - głowica nożowa

Rys. IX-79. Szlifowanie gwintów

śc iernicą

pojedynczą

I I

I

Rys. IX-80. Szlifowanie gwintów ściernicą przy posuwie wzdłużnym

wielokrotną

Rys. IX-81. Szlifowanie gwintów ściern icą wielokrotną prz.y posuwie poprzecznym

Frezowanie obrotowe gwintów odbywa się analogicznie jak toczenie gwintów na tokarce. Noże umieszczone są w wirującej głowicy specjalnego przyrządu ustawionego na suporcie wzdłużnym tokarki (rys. IX-78). Tym sposobem można wykonywać gwinty na powierzchniach zewnętrznych lub wewnętrznych. Sposób ten należy zaliczyć do najbardziej wydajnych.

I. Operacje kształtowania elementarnych powierzchni

237

Szlifowanie gwintów jest sposobem stosowanym jako obróbka wykańczająca gwintów uprzednio naciętych innym sposobem lub do wykonania gwintów w pełnym materiale obrobionym cieplnie. Szlifowanie może być realizowane ściernicą pojedynczą (rys. lX-79), ściernicą wielokrotną przy posuwie wzdłużnym (rys. IX-80) lub - w przypadku gwintów krótkich - ściernicą wielokrotną przy posuwie poprzecznym (rys. IX-81). Obrób ka p las ty c z n a g w i n t ów może znaleźć zastosowanie zarówno do wykonania gwintów na powierzchniach zewnętrznych, jak i w otworach. Dotyc.ly to zwłaszcza produkcji wielkoseryjnej i masowej. Podstawowym sposobem wykonania gwintów na powierzchniach zewnętrznych jest walcowanie. Gwinty zewnętrzne mogą być walcowane na walcarce szczękowej, rolkowej lub za pomocą głowic. Walcowanie gwintów na walcarce szczękowej jest wykonywane za pomocą szczęk płaskich (rys. IX-82). Na powierzchniach pracujących szczęk nacięte są profile odpowiadające charakterystyce walcowanego gwintu. Jedna szczęka jest nieruchoma, druga zaś osadzona w suwaku wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne. Cz~

kalibrujqca

Rolka Cz~śc wprowadzająca

Część kalibrująca C~sć wyprowadzająca

Rys. IX-82. Zasada walcowania gwintów szczękami I - szczęka nieruchoma, 2 - szczęka ruchoma

Rys. IX-83. Zasada walcowania gwintów rolkami

Gwinty wykonane na walcarce rolkowej odznaczają się znacznie większą dokładnoś­ obrabiana jest podparta na podtrzymce i wprowadzana między rolki, mające napęd i zgodny kierunek obrotów (rys. IX-83). Walcowanie gwintów może odbywać się za pomocą głowic, które przypominają swym wyglądem głowice gwinciarskie (rys. IX-84), gdyż wykonane są również jako głowice samootwierające. Zarnia..<>t noży w głowicy takiej osadzone są rolki wygniatające. Korzyści wynikające z wykonania gwintów zewnętrznych obróbką plastyczną skło­ niły do poszukiwania rozwiązań zastosowania tej metody do gwintów wewnętrznych. Podstawowym sposobem jest wygniatanie gwintów za pomocą gwintowników wygniatających. Gwintownik wygniatający jest to narzędzie nie mające rowków wiórowych, w związku z czym nie ma krawędzi skrawających (rys. IX-85). Bardzo ważnym parametrem geometrycznym takiego gwintownika jest wartość odciążenia zarysu z, Im większe jest odciążenie zarysu, tym lepsze jest doprowadzenie płynu obróbkowego, którego głównym zadaniem jest smarowanie. Technologię wygniatania gwintu stosuje się do M30. cią. Część

238

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. IX-84.

Samootwierająca się głowica

do walcowania gwintów

Wygniatanie gwintów wewnętrznych można również realizować za pomocą głowic. Podobnie jak głowice do nacinania gwintów wewnętrznych (por. rys. IX-75) produkowane są głowice do wygniatania gwintów. Zamiast noży głowica taka ma rolki wygniatające. Ze względów konstrukcyjnych tym spsobem można wygniatać gwinty wewnętrzne powyżej M24.

Rys. IX-85.

Kształt

i niektóre parametry geometryczne gwintownika

wygniatającego

g. OPERACJE KSZTAŁTOWANIA UZĘBIEŃ Istnieje szereg metod kształtowania uzębień, które stosowane są w zależności od typu koła, jego wielkości i rodzaju produkcji. W poszczególnych metodach istnieją

1. Operacje

I I

kształtowania

elementarnych powierzchni

239

jeszcze zróżnicowane sposoby. Metody i sposoby kształtowania uzębień zostaną przedstawione w odniesieniu do kół zębatych walcowych, stożkowych, ślimaków i ślimacz­ nic. Kształt o w a n ie zębów w kołach zębatych w al co wy c h. Spośród kół zębatych, koła walcowe stanowią najliczniejszą grupę. Dotyczy to zwłaszcza kół o zazębieniu zewnętrznym. W zależności od dokładności koła stosuje się bądź tylko obróbkę zgrubną i kształtującą, bądź dodatkowo obróbkę wykańczającą. Zęby tych kół można ksztattować czterema metodami. Są to: metody obróbki bezwiórowej, metody kształtowe, metody kopiowe oraz metody obwiedniowe. Do metod obróbki bezwiórowej można zaliczyć: odlewanie, wtryskiwanie, spiekanie i walcowanie. Odlewanie kół zębatych w formach piaskowych ze wstępnie uformowanym uzębieniem dotyczy tylko kól o module m > 5,0 a praktycznie m:;::::: 8,0 mm. Dodkład­ niejsze są kola odlewane ciśnieniowo, ale ich dokładność nie przekracza 10 klasy dokładności.

Wtrysk.iwanie dotyczy kół zębatych wykonywanych z tworzyw termoplastycznych. bardzo dobrymi cechami użytkowymi. Ich zastosowanie wzrasta. Spiekanie kół zębatych z proszków dotyczy kół gabarytowo małych. Znajduje ono zastosowanie przede wszystkim w napędach, w których trudno zapewnić właściwe warunki smarowania. Są one konkurencyjne w stosunku do kół z tworzyw sztucznych, gdyż są od nich bardziej wytrzymałe, mogą pracować w wyższych temperaturach, lepiej odprowadzają ciepło i mniej zmieniają swoje właściwości w czasie pracy. Podobnie jak przy wykonywaniu wielowypustów i gwintów również i do kształ­ towania zębów kót zębatych obróbka plastyczna zaczyna być coraz powszechniej stosowana. Szczególnie dotyczy to kół zębatych produkowanych wielkoseryjnie. Istnieje kilka sposobów wykonywania uzębień obróbką plastyczną. Można do nieb zaliczyć: walcowanie na tokarkach, stosując odpowiednie oprzyrządowanie (rys. IX-86), walcowanie na walcarkach planetarnych i walcarkach Roto-Flo, tych samych, które służyły do walcowania wielowypustów. oraz wyciskanie kół zębatych na prasach. Stosowanie tego sposobu obróbki jest ograniczone koniecznością stosowania bardzo dużych nacisków potrzebnych do kształtowania plastycznego materiału. Rozwiązaniem jest zastosowanie prasy z wahającą matrycą (rys. IX-87). Do metod kształtowych zalicza się: frezowanie frezem modułowym krążkowym, przeciąganie i dłutowanie. Cechą charakterystyczną tych metod są narzędzia mające ostrza o zarysie wrębu koła nacinanego. Ogólnie metody kształtowe należy uznać za zastępcze, co wynika z małej ich dokładności spowodowanej trudnością wykonania dokładnego zarysu narzędzia oraz trudnością ustawienia narzędzia w płaszczyźnie symetrii wrębu. Dużą rolę odgrywa ponadto wielkość zagłębienia narzędzia, gdyż nieprawidłowe zagłębienie zniekształca zarys zęba. Do wad metod kszcałtowych zalicza się również konieczność stosowania dużej liczby narzędzi. Teoretycznie metoda kształtowa wymaga dla każdej liczby zębów, dla każdego modułu i kąta przyporu innego narzędzia. Charakteryzują się

240

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

o ...

Rys. IX-86. Schemat walcowania I -

walec, 2 -

4-

koła zębatego

tokarce koło dzieliice, J trzpień mocujący

na

Rys. IX-87. Walcowanie kola zebatego na prasie z

pakiet kół,

„'2'

i -

wahającą matrycą

wahająca matryca,

2 - wypychacz, J - obrabiane koło

Najczęściej

stosowanym sposobem obróbki zębów metodą kształtową jest frezowanie frezem modułowym krążkowym (rys. lX-88). Obróbka ta jest przeprowadzana na frezarce uniwersalnej przy użyciu podzielnicy. Frez modułowy krążkowy jest często stosowany do nacinania zębów w kołach o uzębieniu wewnętrznym. Do obróbki tej wykorzystuje się najczęściej frezarki obwiedniowe wyposażone w specjalną głowice umożliwiającą dojście narzędzia do wnętrza koła (rys. IX-89). Metoda ta, mimo ie kształtowa, jest wykonywana na frezarce obwiedniowej do kół zębatych, za pomocą której istnieje możliwość uzyskania dokładnego podziału oraz posuwu pionowego głowicy.

W produkcji wielkoseryjnej coraz częsc1e1 stosuje się przeciąganie zębów kół Ma ono zastosowanie przede wszystkim do uzębień wewnętrznych, ale również, zwłaszcza dla kól zębatych walcowych mniejszych wymiarów, do uzębień zębatych.

zewnętrznych.

Rys. !X-88. Fr
moduło­

241

l. Operacje ksztaltowania elementarnych powierzchni

Rys. IX-89. Nacinanie zębów w kole o uzę­ bieniu wewnętrznym frezem krążkowym modulowyrn przy użyciu specjalnej głowicy na frezarce obwiedniowej

Przeciąganie uzębień wewnętrznych

odbywa się w dwu suwach: jako wstępne. za pomocą przeciągaczy z wstawianymi listwami, i jako wykańczające, przeciągaczem złożonym z nakładanych na trzpień pierścieni. Znacznie trudniejsza sytuacja występuje przy przeciąganiu uzębień zewnętrznych. Przeciągacz do takiej obróbki ma kształt rury, w otwór której wstawia się przeciągacze płaskie (rys. IX-90). Ten sposób obróbki sprowadza się do przeciągania wstępnego. pod późniejsze wiórkowanie bądź szlifowanie.

Rys. lX-90.

Przeciągacz

rurowy do

przeciągania uzębień zewnętrznych

rtnny Klink

242

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych Dłutowanie

w specjalnych dłutownicach za pomocą specjalnych głowic z liczbą narzędzi równą Liczbie wrębów. Metody kopiowe są bardzo rzadko stosowane. Zarys zęba w tej metodzie uzyskuje się, przesuwając narzędzie wraz z saniami narzędziowymi wg kopiału. Operację te wykonuje się na strugarkach i to tylko w odniesieniu do kół o dużych modułach. Metody obwiedniowe należą do podstawowych sposobów obróbki zgrubnej i kształ­ tującej zębów kół zębatych walcowych. W metodach tych zarysy boków zęba są obrabiane przez kolejne położenie krawędzi skrawających narzędzia, wykonującego oprócz ruchu roboczego, ruch toczny z obrabianym kołem. Ruch toczny może być zrealizowany na zasadzie współpracy dwóch kół zębatych, z których jedno jest narzę­ dziem (rys. IX-91). lub na zasadzie współpracy obrabianego koła zębatego z narzędziem w kształcie zębatki (rys. IX-92). Obróbką opartą na zasadzie współpracy dwóch kół zębatych jest dłutowanie zębów metodą Fellowsa (rys. IX-93). Jest to sposób powszechnie stosowany, zwłaszcza do kół o mniejszych modułach, i stosunkowo dokładny, co wynika z ciągłości obróbki. odbywa

się

Rys. IX-91. Nacinanie zębów na zasadzie pracy dwóch kół zębatych 1 - koło obrabiane, 2 - narzędzie

w spół­

2

Rys. IX-92. Nacinanie zębów na zasadzie współpracy kola zębatego i zębatki I - kolo obrabiane, 2 - narzędzie

Rys. IX-93. Zasada dłutowania zębów metodą Fellowsa 1 - kolo obrabiane, 2 - narzędzie

l. Operacje

Na zasadzie

współpracy

kształtowania

obrabianego

elementarnych powierzchni

koła

i

zębatki są

243

oparte trzy metody nacinania

zębów:

- metoda Maaga - sposób obróbki: dłuLOwanie; narzędzie: zębatka; ruchy toczne wykonuje obrabiane koło (rys. IX-94), - metoda Sunderlanda - sposób obróbki: struganie; narzędzie: zębatka; ruchy toczne wykonują: obr6t - obrabiane koło, przesuw - narzędzie (rys. IX-95), - frezowanie obwiedniowe (metoda Pfautera) - sposób obróbki: frezowanie; narzędzie: frez ślimakowy; ruchy toczne wykonują: obroty - obrabiane koło i frez (rys. TX-96).

Rys. IX-94. Kolejne fazy obróbki w metod.tie Maaga pracy, U - obrabiane koło obróciło się o kąt odpowiadający podziałce i przesunęło o wielkość podziałki. 1ll powrót kola do pozycji wyjściowej

I -

początek

Rys. l.X-95. Kolejne fazy obróbki w metodzie Sunderlanda I - początek pracy. Il - obrabiane kolo obróciło się o kąt odpowiadający podziałce, narzę­ dzie przesunęło się o wielk~ść podziałki. Il[ - powrót narzędzia do pozycji wyj~ciowej

Rys. fX-96. Zasada frezowania obwiedniowego

244

lX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Sposobami nacinania uzębień powszechnie stosowanymi przez nasz przem}·sl sir Fellowsa i frezowanie obwiedniowe. Dłu~owanie metodą Fellowsa ma zastosowanie przede wszystkim do modułów m =!S 2,5 mm; do modułów większych i kół o większych wymiarach stosuje się frezowanie obwiedniowe. Zarówno jednym, jak i drugim sposobem można obrabiać koła o zębach prostych i śrubowych. Obróbkę zgrubną i kształtującą zębów walcowych kół zębatych o zazębieniu wewnętrz­ nym metodą obwiedniową można zrealizować jedynie na dłutownicy Fellowsa (rys. IX-97). dłutowanie metodą

Rys. IX-97. Nacinanie

zębów

w kole o

Zęby kół zębatych,

uzębieniu wewnętrznym

wg metody Fellowsa

dla których jest wymagana mniejsza chropowatość powierzchni poddane obróbce wykańczającej. Dzieli się ją na obróbkę wykańczającą zębów w stanie miękkim i w stanie twardym. Przez stan miękki należy rozumieć takie koła, których twardość nie przekracza 36+40 HRC. Zęby kół zębatych w stanie miękkim można obrabiać nagniataniem lub wiórkowaniem. Nagniatanie jest stosowane bardzo rzadko. Wynika to z faktu, że tym sposobem obróbki można uzyskać jedynie poprawienie chropowatości powierzchni, natomiast nie uzyskuje się poprawy zarysu zęba i podziałki. Podstawowym sposobem obróbki wykańczającej kół zębatych w stanie miękkim jest wiórkowanie. Polega ono na skrawanju drobnych warstw materiału z powierzchni pracujących zębów. Narzędziem jest wiórkownik krążkowy w kształcie koła zębatego z naciętymi rowkami na powierzchniach pracujących zęba (rys. IX-98), tworzących krawędzie skrawające. Aby występował proces skrawania, podczas współpracy narzę­ dzia z obrabianym kołem musi wystąpić poślizg wzdłuż linii zęba. Poślizg taki uzyskuje się przez wichrowate ustawienie osj narzędzia i przedmiotu (rys. IX-99). Obróbkę kół zębatych w stanie twardym przeprowadza się następującymi metodami: szlifowaniem, gładzeniem, docieraniem, łuszczeniem lub przeciąganiem. Szlifowanie jest podstawową metodą obróbki zębów kół zębatych w stanie twardym. Może to być szlifowanie kształtowe lub szlifowanie obwiedniowe. Powszechnie stoso· wane jest szlifowanie kształtowe na szlifierce Kappa (rys. lX-100). Do obróbki stosuje się ściernice z regularnego azotku boru, dzięki czemu profil ściernicy przez dłuższy okres pozostaje stały. Szlifowanie obwiedniowe może być realizowane jedną ściernicą mającą zarys zęba zębatki, tzw. metoda Nilesa (rys. IX-lOla), dwoma ściernicami, które w założeniu dają i

wyższa dokladność, muszą być

l . Operacje

kształtowania

elementarnych powierzchni

245

a)

b)

Rys. lX-98. Wiórkownik ząb

krążkowy:

a) widok. b) pojedynczy wiórkownika

~~~~?,;w,~~~~~~~~~ v. również ząb zębatki,

Rys. IX-99. Zasada pracy wiórkarki z wiórkownikiem kr.iż ko wym

tzw. metoda Maaga (rys. IX-IOlb), i ściernicą ślimakową, która podobnie jak frez ślimakowy w przekroju prostopadłym do linii zwoju daje ząb zębatki, tzw. metoda Reishauera (rys. lX-IOlc). Gtadzenie jest sposobem obróbki ściernej nabierającym coraz większego znaczenia, mimo że do jego realizacji niezbędne jest specjalne narzędzie j obrabiarka. Proces gładzenia jest bardzo zbliżony do procesu wiórkowania wiórkownikiem krążkowym. Wichrowate usytuowanie osi narzędzia i obrabianego koła (rys. IX- 102) powoduje, że przy takiej współpracy występuje prędkość poślizgu wzdłuż linii zębów. Narzędziem jest ściernica (osełka) w kształcie pierścienia (rys. IX-I 03) o średnicy 300+400 mm i szerokości 20+40 mm. Tym sposobem można obrabiać koła zębate o zazębieniu zewnętrznym jak i wewnętrznym. Docieranie jest stosowane jako obróbka wykańczająca zębów kół zębatych w stanie twardym przede wszyslk.im wtedy, kiedy nie ma możliwości ich szlifowania. Ten sposób

246

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Rys. LX- I OO. Szlifowanie zębów na szlifierce Kappa

b)

cl

Rys. IX-101. Szlifowanie zębów metodami obwied.niowymi: a) metodą Nilesa. b) metodą Maaga. c) metodą Reishauera

obróbki przeprowadza się na specjalnych obrabiarkach, tzw. docierarkach. Rysunek IX-104 przedstawia docieranie dwóch kół współpracujących. Łuszczenie jest procesem obróbki wiórowej przeznaczonym główne dla kót uprzednio frezowanych obwiednlowo a następnie hartowanych. Głównym celem tego procesu

kształtowania

I. Operacje

a)

Rys. IX-102.

247

elementarnych powierzchni

b)

Gładzenie zębów

kola

17 -

zębatego

kąt skręcenia

Rys. IX-103.

Rys. IX- I04. Zasada docierania

zębów

kó.I

o zazębieniu: a) zewnętrznym, b) osi koła i narzędzia

Narzędzia (osełki)

do

wewnętrznym

gładzenia

współpra­

cujących

jest usunięcie odkształceń cieplnych, jak.ie powstały w wyniku obróbki cieplnej, a tym samym poprawienie jakości uzębienia. Proces łuszczenia przeprowadza się frezem ślimakowym, którego cechą charakterystyczną są ujemne kąty natarcia i pochylenia głównej krawędzi skrawającej. Materiałem na ostrza są węgliki spiekane. Przeciąganie (przepychanie) dotyczy kół o zazębieniu wewnętrznym. Narzędziem jest przeciągacz lub przepychacz, którego część robocza jest pokryta warstwą niklu z osadzonymi w niej ziarnami diamentu lub regularnego azotku boru. Coraz częściej, w celu uniknięcia odkształceń zębów kół zębatych w wyniku obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, zmienia się procesy technologiczne tych kół. przeprowadzając najpierw obróbkę cieplną, a następnie nacinając zęby. Na zmianę tę pozwalają nowoczesne narzędzia, zwłaszcza narzędzia z powlekanych węglików spiekanych, które umożliwiają nacinanie zębów kół w stanie twardym. Pozwala to w wielu przypadkach na wyeliminowanie obróbki wykańczającej, którą przeprowadza się głów-

248

lX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

nie w celu usunięcia przypadkach obróbka wymagane są wysokie

odkształceń powstałych wykańczająca

w wyniku obróbki cieplnej. W lakich ma zastosowanie jedynie do kół, od których

dokładności.

Zęby kół zębatych

o zazębieniu wewnętrznym z reguły nie podlegają obróbce jest ona bardzo utrudniona. Koła te można wiórkować (kola o większych wymiarach), gładzić łub przeciągać. N ac i n a n i e z ę b ó w w k o ł a c h s to ż k o w y c h o z ę b a c h p ro s ty c h. Istnieją dwie podstawowe metody obróbki zębów w kołach zębatych stożkowych, tj. metody kształtowa i obwiedniowa. Obróbki te są znacznie trudniejsze, co wynika ze zmiany grubości zęba i wysokości na jego długości. Metoda kształtowa obróbki zębów kół zębatych stożkowych jest najczęściej stosowana do obróbki zgrubnej ze względu na małą dokładność. Nawet wówczas, gdy na frezarce uniwersalnej będzie obrabiana każda strona zęba oddzielnie, przy innym położeniu obrabianego koła (rys. IX-105), uzyskana dokładność będzie niewystarczająca. wykańczającej, gdyż

Rys. IX-105.

--~

Kolejność kształtowania wrębu

kola

zębatego stożkowego

w trzech

przejściach

/, 2 i 3 oraz

w trzech kolejnych położeniach koła

W kołach zębatych stożkowych są stosowane głównie dwa sposoby obwiedniowego nacinania zębów: metoda Bilgrama i metoda Gleasona. Nasz przemysł stosuje w szerokim zakresie strugarki Gleasona, których zasada działania jest podana na rys. IX-106. Obrabiane koło i głowica z odpowiednio ukształtowanymi nożami obracają się dookoła swoich osi 1-T i //-//, tak jak gdyby tworzyły parę kół współpracujących. Obróbka odbywa się za pomocą dwóch wzajemnie mijających się noży o zarysie prostoliniowym.

II ___ __Jl

Rys. IX-106. Zasada pracy strugarki Gleasona

Obok tych dwóch podstawowych metod niekiedy stosuje się również metodę która jest realizowana najczęściej na drodze strugania kół stożkowych o du-

kopiową,

żych modułach.

Obróbki wykańczającej zębów kół zębatych stożkowych o zębach prostych w zasadzie nie stosuje się. Istnieje co prawda możliwość ich docierania lub nawet szlifowania, ale praktycznie nie korzysta się z nich. Wynika to z faktu, że w tych wszystkich

l. Operacje

kształtowania

249

elementarnych powierzchni

przypadkach, kiedy jest wymagana większa dokJadność, tzn. przewiduje się duże prędkości obwodowe i przenoszenie dużych momentów obrotowych, projektuje się przekładnie stożkowe o zębach łukowych. Przekładnie te mają wiele zalet eksploatacyjnych, ale do obróbki ich kół zębatych wymagane są specjalne obrabiarki i złożone nanędzia*.

N ac i n a n i e z w oj ó w ś l i rn a k a może być dokonane na wałku metodą kształ­ lub obiedniową. Zwoje można również obrabiać poprzez walcowanie, tak jak to miało miejsce przy obróbce gwintów walcowaniem. Metodą kształtową można obrabiać ślimaki przez toczenie, frezowanie i szlifowanie. Powszechnie jest stosowane toczenie. W zależności od kąta pochylenia zwojów, nóż ustawia się w osi obrabianego ślimaka (rys. IX-107) i wówczas otrzymuje się ś limak spiralny, bądź - w płaszczyźnie prostopadłej do linii zwojów (rys. IX-108) i wówczas uzyskuje się ślimak pseudospiralny. Ślimaki można również frezować, stosując frez kształtowy krążkowy (rys. IX-109). tową

Ylf~ 1

~14

2

Rys. IX-107. Obróbka ślimaka spiralnego 1 - nóż . 2 - przekrój osiowy zwoju

•

2

Rys. IX-108. Obróbka ś limaka pseudospiralnego 1 - nóż, 2 - przekrój normalny zwoju A

1

2

Rys. IX-!09. Frezowanie §limaka

Rys. IX- I I O. Nacinanie ślimaka metodą obwiedniową na tokarce do toczenia śli maków (opis w tekście)

• Bliższe dane doLyczące obróbki tych kół zębatych znajdzie czytelnik w książce Z. Wójcika Przekładnie itoikowe. Konstrukcje i technologia. Warszawa: WNT 1984.

250

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Jedną z metod obwiedniowych obróbki ślimaków jest toczenie nożem typu Fellowsa o zębach śrubowych (rys. IX-110). Ślimak 1 obraca się w kienmku A. nóż 2 iaś - w kierunku B. W celu nacięcia zwojów na całej długości ślimak.a, przedmiot przesuwa się w kierunku C. Nacinanie ślimaków tym sposobem wykonuje się na specjalnych tokarkach do obwiedniowego toczenia ślimaków. Innym sposobem obróbki jest nacinanie, nożem Fełlowsa, ślimaka na frezarce obwiedniowej przy użyciu suponu stycznego (rys. IX-111). Ślimak.i z reguły podlegają obróbce cieplnej, po której wymagane jest przeprowadze nie obróbki wyka6czającej szlifowaniem. Może się ono odbywać ściernicami garnkowymi (rys. IX-112a) lub ściernicami trapezowymi (rys. IX-1 l2b).

Rys. TX-111. Nacinanie

ś limaka metodą obwiedniową

na frezarce obwiedniowej

a)

Rys. IX- 112. SiJifowanie: a)

~c iernicą garnkową,

b)

ściernicą krążkową

N a c i n a n i e z ę b ó w ś l i m a c z n i c przeprowadza się na. frezarkach obwiedniowych metodą promieniową lub styczną. W metodach tych narzędziem jest frez ślimakowy o wymiarach odpowiadających ślimakowi współpracującemu. Wymiary narzędzia muszą być jedynie powiększone o podwójny łuz wierzchołkowy. W metodzie promieniowej narzędzie jest ustawione w położeniu początkowym (rys. IX- 11 3). Ruch roboczy narzędzia i ruch obrotowy ślimacznicy są ściśle synchronizowa-

I. Operacje

Rys. TX-113. Zasada frezowania

elementarnych powierzchni

251

Rys. IX-114. Zasada frezowania

ś limacznic metodą styczną

kształtowania

ślimacznic

metodą promieniową

Położenie

korkowe

początkowe

ne. W czasie obróbki następuje dosuwanie przedmiotu do narzędzia w kierunku promieniowym na odpowiednią głębokość. Metoda ta ma ograniczone zastosowanie do frezów ślimakowych o kącie wzniosu 6+8°, ze względu na ścinanie wierzchołków zębów obrabianego koła ślimakowego. W metodzie stycznej (rys. IX- L14) frez jest od razu ustawiony na odległość odpowiadającą wymaganej wysokości zębów ślimacznicy. Ruch roboczy obrotowy i ruch posuwowy styczny wykonuje narzędzie, obrabiane koło - tylko ruch obrotowy. Zastępczo obróbkę ślimacznic można przeprowadzić na frezarce uniwersalnej, frezując każdy wrąb oddzielnie frezem modułowym krążkowym o średnicy odpowiadającej współpracującemu ślimakowi.

252

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

2. OPERACJE WYSTĘPUJĄCE W TRAKCIE , PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH CZĘŚCI RÓŻNYCH KLAS Istnieje szereg operacji nie związanych z ksztattowani.e m określonych powierzchni, w różnych procesach technologicznych. Należy do nich zaLiczyć: trasowanie, obróbkę cieplną i obróbkę cieplno-chemiczną, usuwanie zadziorów i załamywanie ostrych krawędzi, prostowanie, mycie części i kontrolę jakości. a

mogących występować

a. TRASOWANIE Operacja trasowania występuje powszechnie w produkcji jednostkowej, nawet dla o stosunkowo prostych kształtach, jak wałki. tuleje. części płaskie, w tych wszystkich przypadkach kiedy nie stosuje się odpowiedniego oprzyrządowania. W produkcji małoseryjnej i seryjnej stosuje się ją do części o kształtach skompLikowanych, gabarytowo dużych. Przykładem tutaj mogą być części klasy „korpus". Trasowanie stosuje się w celu wyznaczenia naddatków na obróbkę i równocześnie sprawdzenia półfabrykatu. Polega ono na wykonaniu rys rysikiem. Ażeby trasa była dobrze widoczna, surową powierzchnię pod trasowanie powleka się odpowiednio przygotowaną białą farbą. Ponadto rysę w pewnych odstępach punktuje się, aby nie nastąpiło jej starcie. Trasowanie jest wykonywane ręcznie przez pracownika o wysokich kwalifikacjach. a więc jest drogie. Trasa ułatwia ustawienie przedmiotu na obrabiarce oraz ustawienie samego narzędzia na określony wymiar. Dokładność trasowania jest nieduża i dla wymiarów w granicach l m mieści się w zakresie 0,3+0,6 mm. części

o o Rys. IX- 115. Oznaczenie trasowania w instntk· cji obróbki

2. Operacje

występujące

w trakcie procesów technologicznych

253

W instrukcjach obróbki, które dla operacji trasowania należy bezwzględnie opracozaznacza się cienką linią ciągłą i w pewnych odstępach nanosi się punkty (rys. IX-115). Podobnie trasuje się otwory, punktując każdy z nich czterema punktami i piątym zaznaczając środek, o ile otwór będzie wykonywany w pełnym materiale. wać, trasę

b. OBRÓBKA CIEPLNA I OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA Istnieją

liczne rodzaje obróbek cieplnych i obróbek cieplno-chemicznych, które technolog musi właściwie zaplanować w trakcie opracowania procesów technologicznych. Do najczęściej stosowanych należy zaliczyć: wyżarzanie odprężające, ulepszanie cieplne, hartowanie i odpuszczanie, nawęglanie, hartowanie i odpuszczanie, węgloazoto­ wanie, hat1owanie i odpuszczanie. azotowanie, azotonasiarczanie. W półfabrykatach w postaci odlewów i konstrukcji spawanych należy się liczyć z naprężeniami, które powstają w tych elementach w wyniku nierównomiernego stygnięcia metalu przy odlewaniu lub spawaniu poszczególnych zespołów konstrukcji. Zadaniem technologa jest usunięcie tych naprężeń przez zastosowanie wyżarzania odprężającego. Można to wykonać przed obróbką skrawaniem, ale przebiega ono znacznie łatwiej i pewniej, kiedy zostanie zdjęta zewnętrzna warstwa materiału. Stąd dla półfabrykatów, które mają duże naddatki na obróbkę, bardziej poprawnym procesem jest przeprowadzenie obróbki zgrubnej, czyli usunięcie np. naskórka odlewniczego, a następ­ nie wyżarzanie odprężające, po którym następuje obróbka kształtująca i wykańczająca. W licznych przypadkach konstruktor żąda przeprowadzenia ulepszenia cieplnego, podając wymaganą twardość. Jeżeli twardość nie przekracza 32+36 HRC, można tę obróbkę planować przed rozpoczęciem obróbki skrawaniem, gdyż twardość ta nie stanowi przeszkody do jej przeprowadzenia. Obróbki: hartowania, nawęglania i hartowania oraz węgloazotowania i hartowania są obróbkami wymagającymi nagrzania przedmiotu do stosunkowo wysokiej temperatury (760+960°C). Temperatury te powodują, że przedmioty ulegają odkształceniu. Błędy te muszą zostać usunięte poprzez obróbkę wykańczającą. Dlatego te rodzaje obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej przeprowadza się po obróbce kształtującej. a przed obróbką wykańczającą.

Odmienna sytuacja występuje w przypadku azotowania i azotonasiarczania. Są to obróbki cieplno-chemiczne, w których obrabiane przedmioty nagrzewane są do stosunkowo niskiej temperatury (ok. 550°C). W wyniku tych procesów uzyskuje się wysoką twardość powierzchni. bez potrzeby przeprowadzenia operacji hartowania. Niska temperatura azotowania łub azotonasiarczania powoduje, że przedmiot nie ulega odkształ­ ceniu i dlatego w większości przypadków te obróbki cieplno-chemiczne stanowią końcowe operacje procesu technologicznego.

c. USUWANIE ZADZIORÓW I ZALAMYWANIE OSTRYCH KRA WĘDZI Istnieją

części

trzy zasadnicze przyczyny, dla których w procesach technologicznych wszystkich maszyn występują operacje usuwania zadziorów i załamywania ostrych krawędzi:

254

IX . Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

Zabezpieczenie przed uszkodzeniem współpracujących ze sobą części - nie zadzior czy ostra krawędź może spowodować uszkodzenie Lub w niektórych przypadkach zniszczenie współpracującej części. - Względy ergonomiczne - montaż części z ostrymi krawędziami czy z zadziorami może spowodować skaleczenie pracownika lub użytkownika określonego produktu. - Względy estetyczne - produkt z niestarannie wykonanymi częściami znacznie traci na swojej wartości. Charakterystyczną cechą określającą łatwość usuwania zadziorów jest rodzaj połą­ czenia z materiałem podłoża. Rozróżnia się zadziory mające u nasady sztywną i grubą podstawę, zadziory z cienką i dostatecznie giętką podstawą oraz zadziory z cienką i kruchą podstawą, uwarunkowaną właściwościami materiału. Drugą charakterystyczną cechą zadziorów, określającą łatwość ich usuwania, jest miejsce, w którym występują. Najłatwiej usuwa się zadziory z zewnętrznych krawędzi, nieco trudniej usuwa się je z krawędzi utworzonych przez powierzchnie tworzące kąt rozwarty, najtrudniej zaś z krawędzi położonych w głębokich otworach nieprzelotowych, na powierzchnfach wklęsłych i w narożach wewnętrznych. Trzecią cechą charakterystyczną zadziorów jest ich wysokość. Rozróżnia się zadziory wysokie, które powstają w miejscu wyjścia narzędzia z obrabianego materiału, oraz zadziory drobne. Umownie zalicza się do drobnych te zadziory, których wysokość nie przekracza 0,3 mrn. Istnieje szereg sposobów usuwania zadziorów i załamywania ostrych krawędzi. Najczęściej stosowane to: obróbka ręczna na szlifierkach tarczowych, obróbka ręczna na szlifierkach taśmowych, obróbka ręczna za pomocą pilnika, obróbka ręczna z wykorzystaniem frezów, pogłębiaczy i ściemie, - obróbka w pojemnikach za pomocą luźnych kształtek ściernych, - frezowanie igłowe, obróbka elektrochemiczna, - obróbka termiczna. -

usunięty

Rys. IX- 116. Usuwanie zadziorów na drodze obróbki elektrochemicznej I - przedmiot obrabiany, 2 - elektroda. 3 - doprowadzenie elektrolitu, 4 - doprowadzenie prądu do przedmiotu, 5 - doprowadzenie prądu do elektrody

2. Operacje

występujące w

trakcie procesów technologicznych

255

Sześć pierwszych sposobów omówiono w rozdz. II, p. 3 „Przygotowanie półfab­ rykatów do obróbki''. Elektrochemiczne usuwanie zadziorów jest w wielu przypadkach jedynym sposobem możliwym do zastosowania w trudno dostępnych miejscach. Polega on na kontrolowanym roztwarzaniu materiału przeznaczonego do usunięcia w procesie elektrolizy (rys. IX-ll 6). Przedmiot obrabiany I stanowi anodę, natomiast narzęazie 2 (elektroda robocza) jest katodą. Elektroda robocza znajduje się w określonej odległości od przedmiotu obrabianego. Przez szczelinę międzyelektrodową przepływa strumień elektrolitu 3. Roztworzony w wyniku elektrolizy metal przechodzi do roztworu w postaci nierozpuszczalnych wodorotlenków. Sposób ten może być stosowany do przedmiotów o gabarytach mniejszych. Zasadę usuwania zadziorów na drodze obróbki termicznej przedstawiono na rys. IX-117. Do umieszczonego w komorze przedmiotu 1, przewodem 2 zostaje doprowadzony gaz i następuje jego zapłon 3. W wyniku osiągnięcia w krótkim czasie bardzo wysokiej temperatury, następuje spalenie (utlenienie) tych fragmentów przedmiotu, które mają minimalną objętość. Takimi fragmentami są zadziory.

Rys. IX- 117. Usuwanie zadziorów na drodze obróbki termicznej (opis w tekkie)

d. PROSTOWANIE Prostowanie może dotyczyć mało sztywnych półfabrykatów i stosuje się je jako z pierwszych operacji procesu technologicznego. Sposoby prostowania półfab­ rykatów zostały podane w rozdz. II, p. 3a. Operacje prostowania mogą być stosowane także w trakcie procesu technologicznego do przedmiotów mało sztywnych, najczęściej po obróbce cieplnej lub cieplno-chemicznej. W wyniku wysokiej temperatury przedmioty te bowiem ulegają odkształceniom. Operację prostowania wykonuje się najczęś­ ciej na prasach.

jedną

e. MYCIE CZĘŚCI Mycie części można stosować w różnych fazach procesu technologicznego. Najczęś­ ciej jest to końcowa operacja procesu, w przypadku zaś napraw - jedna z pierwszych po demontażu. W elastycznych systemach produkcyjnych, w których cykl obróbki jest

256

IX. Wytyczne do projektowania procesót technologicznych

automatyczny, coraz częściej w system jest włączone mycie części. Występuje ono po obróbce zgrubnej i kształtującej, a przed obróbką wykańczającą. Do mycia sLOsuje się specjalne maszyny. najczęściej trzykomorowe; w komorach tych następuje: mycie, płukanie i suszenie. Do mycia używany jest 3+5% roztwór wodny sody kalcynowej z mydłem, z ewentualnym dodatkiem szkła wodnego (do 0,5 %). Podgrzana ciecz jest przepompowywana przez filtr do rury natryskowej, skąd jest kierowana na przedmiot (rys. IX-118). Mycie części ma zapewnić ich czystość przed montażem, lub - w przypadku systemów automatycznych - przed obróbką wykańczającą. Ma je również zabezpieczyć przed korozją. W tym celu do kąpieli myjących dodaje się inhibitory korozji.

Rys. !X- 118. Schemat tnykomoroweJ

m~zyny

do mycia

części

f. KONTROLA JAKOŚCI Operacje kontroLi jakości wchodzą w skład procesu technologicznego i opracowanie ich do obowiązków technologa. Mogą one wystąpić w różnych miejscach tego procesu. Z reguły jednak operacja kontroli występuje na końcu procesu. Do zadań końcowej kontroli należy

jakości należą:

- oględziny zewnętrzne w celu sprawdzenia kompletności obróbki i jakości powie17..Chni, - sprawdzenie wymiarów i kształtów obrabianego przedmfotu oraz przeprowadzenie innych badań określonych w warunkach technicznych. Dla operacji kontroli jakości powinna być opracowana szczegółowa instrukcja, w której powinny być ustalone: metody kontroli, narzędzia pomiarowe, dopuszczalne odchyłki od wymiarów, kształtów i jakości powierzchni. Poza kontrolą końcową technolog planuje również kontrolę międzyoperacyjną. Przewidywać się ją powinno po ważniejszych operacjach procesu technologicznego i po operacjach, w których możliwe jest powstawanie braków, tzn. po operacjach technologicznie trudnych. Technolog okreś la, czy mają to być kontrole jakości stuprocentowe, czy też wyrywkowe. Na opracowanie operacji kontroli jakości znaczny wpływ ma wielkość produkcji. Im większa produkcja, tym metody kontroli powinny być sprawniejsze, aż do użycia specjalnych stanowisk całkowicie automatycznych. Duże znaczenie przypisuje się kontroli czynnej, która jest wykonywana w trakcie procesu obróbki i w ten sposób eliminuje występowanie specjalnych operacji kontroli międzyoperacyjnych. Ma to istotne znaczenie w produkcji wielkoseryjnej i masowej.

3.

Przykłady

ramowych procesów technologicznych

257

;

3. PRZYKŁADY RAMOWYCH PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH DLA CZĘŚCI KLASY WALEK, TULEJA, DŹWIGNIA I KORPUS Ramowy proces technologiczny jest to przepis postępowania podany w kolejnych punktach. Opracowując konkretny proces technologiczny, należy się oprzeć na procesie ramowym i w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego części, występujących na niej ukształtowaniach, wiei.kości produkcji, dostępnego parku maszynowego ustalić kolejne operacje.

a. PRZYKŁADY PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH WAŁKÓW STOPNIOWANYCH Wałki stopniowane stanowią liczną grupę, ale dość zróżnicowaną ze względu na wymiary gabarytowe, wymagane dokładności i mogące wystąpić różne obróbki cieplne i cieplno-chemiczne. Dla zilustrowania zagadnienia zostaną przedstawione dwa procesy technologiczne występujące w praktyce najczęściej. Będą to ramowy proces technologiczny dla wałka stopniowanego bez obróbki cieplnej i proces z obróbką cieplno-chemiczną (nawęglaniem i hartowaniem). Ramowy proces technologiczny wałka stopniowanego be z obróbki ciep I n ej: (I) przecinanie mate1ialu, (2) prostowanie, (3) nakiełkowanie, (4) obróbka zgrubna. (5) obróbka kształtująca, (6) toczenie powierzchni stożkowych i kształtowych, (7) frezowanie rowków wpustowych, (8) wykonanie wielowypustów, (9) wykonanie gwintów, (1 O) wykonanie otworów poprzecznych, (11) obróbka wykańczająca, (12) obróbka bardzo dokładna, ( 13) kontrola jakości. Ramowy proces technologiczny wałka stopniowanego z o b r ó b k ą c ie p I n ą (nawęglanego i hartowanego na niektórych powierzchniach). Walki z obróbką cieplno-chemiczną nawęglaniem i hartowaniem ty lko niektórych powierzchni są często spotykane w praktyce. Konstruktor żąda, ażeby tylko niektóre po)Vierzchnie zostały utwardzone, a pozostałe ażeby pozostały miękkie. I stnieją dwie podstawowe metody uzyskania tego efektu. Są to: nawęglanie całego wałka, a następnie usunięcie warstwy nawęglonej z tych powierzchni, które mają pozostać miękkie. albo chronienie pastami ochronnymi przed nawęglaniem tych powierzchni, które mają pozostać miękkie. W procesie ramowym wybrano wariant pierwszy, częściej stosowany: ( l ) przecinanie materiału,

258

IX. Wytyczne do projektowania procesów technologicznych

(2) prostowanie, (3) oakiełkowanie, (4) obróbka zgrubna, (5) obróbka kształtująca powierzchni, które mają być hartowane, (6) nawęglanie, (7) obróbka kształtująca pozostałych powierzchni, (8) hartowanie i odpuszczanie, (9) prostowanie, (10) poprawianie nakiełków, ( l l) obróbka wykańczająca, (12) obróbka bardzo dokładna, (J 3) kontrola jakości. W procesie tym nie uwzględniono: toczenia powierzchni kształtowych i stożkowych, wykonania rowków wpustowych i wielowypustów, wykonania gwintów i otworów poprzecznych. Operacje te powinny się znaleźć w szczegółowym procesie technologicznym w takiej kolejności, w jakiej je podano w procesie ramowym dla wałka bez obróbki cieplnej, w zależności od tego, czy będą one wykonywane na powierzchniach hartowanych, czy też miękkich. Liczba ramowych procesów technologicznych wałków stopniowanych jest znacznie większa. Można tutaj wymienić takie procesy, jak: proces technologiczny wałka stopniowanego hartowanego na całej długości lub na niektórych jego powierzchniach, proces technologiczny wałka stopniowanego bardzo dokładnego z obróbką cieplną normalizowaniem i stabilizowaniem, proces technologiczny wałka stopniowanego z otworem osiowym, proces technologiczny wałka stopniowanego niesztywnego.

b. PRZYKŁADY PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH TULEI Tuleje obrabiane na różnych typach tokarek są najczęściej wykonywane wg następującego procesu ramowego: (1) obróbka tylko zgrubna lub zgrubna i kształtująca powierzchni zewnętrznej oraz wykonanie otworu na gotowa, (2) obróbka wykańczająca lub kształtująca i wykańczająca powierzchni zewnętrznej z bazowaniem na otworze, (3) kontrola jakości. Widać, że w tak zaplanowanym procesie dąży się w pierwszej kolejności do obróbki otworn na gotowo, ażeby następnie obrabiać wykańczająco lub kształtująco i wykań­ czająco powierzchnie zewnętrzne, ale z bazowaniem tulei na wykonanym już otworze. Do ustalenia wg otworu stosuje się wiele rodzajów trzpieni tokarskich o różnej konstrukcji. Ramowy proces technologiczny tulei be z o br ó b k i c i e p 1 n ej: (I) obróbka zgrubna i kształtująca powierzchni zewnętrznych i wykonanie otworu wstępne lub na gotowo, (2) obróbka wykańczająca otworu, (3) wykonanie wielowypustu w otworze lub wpustu,

3.

'' l

Przykłady

ramowych procesów tecbnologicz.nycb

259

(4) obróbka kształtująca powierzchni zewnętrznych z bazowaniem na otworze, (5) frezowanie rowków wpustowych na powierzchniach zewnętrznych, (7) wykonanie gwintów na powierzchniach zewnętrznych, (8) wykonanie otworów poprzecznych, (9) obróbka bardzo dokładna otworu, (JO) obróbka wykańczająca powierzchni zewnętrznych, (11) kontrola jakości. W punkcie (1) tego procesu otwór wykonuje się wstępnie lub na gotowo. Zależy to od tego, czy będzie on wykonywany na gotowa na tokarce (np. przez rozwiercanie), czy też na tokarce będzie wykonywany wstępnie, obróbka wykańczająca zaś będzie przeprowadzona przeciąganiem. Ramowy proces technologiczny tulei z obróbką cieplno - chemiczną nawęglaniem i hartowaniem: (l) obróbka zgrubna lub zgrubna i kształtująca powierzchni zewnętrznych i wykonanie otworu zgrubnie lub zgrubnie i kształtująca, (2) występna obróbka wykańczająca otworu z pozostawieniem naddatku na obróbkę wykańczającą po obróbce cieplno-chemicznej. (3) obróbka wielowypustu w otworze z pozostawieniem naddatków na powierzchniach ustaJających, (4) obróbka kształtująca powierzchni zewnętrznych z bazowaniem na otworze, (5) nawęglanie, (6) hartowanie i odpuszczanie, (7) obróbka wykańczająca otworu lub wielowypustu w otworze, (8) obróbka wykańczająca powierzchni zewnętrznych z bazowaniem na otworze. W procesie tym należy zwrócić uwagę na dwie sprawy. Pierwszą jest punkt (2) tego procesu, w którym przewidziano wstępną obróbkę wykańczającą otworu. Chociaż w otworze pozostawiony jest naddatek na obróbkę wykańczającą po obróbce cieplno-chemicznej, to otwór musi być obrobiony dokładnie, najcz.ęściej w klasie siódmej, ażeby można w następ­ nych operacjach. bazując na otworze, przeprowadzić obróbkę powierzchni zewnętrznych. Podany proces dotyczy tulei z nawęglaniem wszystkich powierzchni. Gdy wymagania odnośnie do nawęglania n.ie dotyczą wszystkich powierzchni, należy proces prowadzić identycznie do procesu technologicznego wałka podanego w p.3a tego rozdziału.

c. PRZYKLADY PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH DŹWIGNI Opracowanie procesów technologicznych dla dźwigni nie powinno sprawiać żad­ nych trudności, gdyż są to procesy z reguły bardzo proste, składające się najwyżej 7. kilku operacji. Znacznie bardziej kłopotliwe jest projektowanie oprzyrządowania dla poszczególnych operacji. Wynika to nieraz ze skomplikowanych kształtów tych części, utrudniających ich ustalenie i zamocowanie. Te złożone kształty właśnie powodują, że już dla produkcji małoseryjnej projektuje się uchwyty dla każdej operacji. W diwigniach najczęściej obrabiane są otwory i powierzchnie czołowe. Nie oznacza to jednak, że nie występują tam czasami i inne powierzchnie, które wymagają przeprowadzenia obróbki frezowaniem, wierceniem, gwintowaniem, dłutowaniem itp.

260

IX Wytyczne do projektowania procesów technologicz.nych

W zamieszczonych poniżej ramowych procesach technologicznych wszystkie te opertcje są ujęte w jednym punkcie i traktowane jako drugorzędne. Wynika to stąd, t.e kolejność tych operacji może być w zasadzie dowolna, a ich wykonanie nie nasttęcU żadnych trudności.

Do najbardziej typowych należą dźwignie dwustronne, przy czym średnice icb otworów mogą się znacznie różnić (rys. IX-1 I 9), bądź być jednakowe lub zróżnicowane w małym stopniu (rys. TX-120). A-A

7

Rys. lX- 119. Dtwignia dwustronna

i

jednym otworem o dużej średnicy

Rys. IX-120.

Dźwignia

dwustronna

Ramowy proces technologiczny d!a dźwigni dwustronnej (rys. IX-119): ( 1) obróbka powierzchni czołowych, (2) obróbka otworu o większej średnicy z równoczesną obróbką powierzchni czołowej, (3) obróbka otworu o mniejszej średnicy i powierzchni czołowej z ustaleniem dźwigni na wykonanym otworze, (4) wykonanie operacji drugorzędnych, (5) kontrola jakości. Ramowy proces technologiczny dla dźwigni dwustronnej (rys. JX-120): ( I) obróbka powierzchni czołowych, (2) obróbka otworów na gotowo, (3) wykonanie operacji drugorzędnych. (4) kontrola jakości.

3.

Przykłady

261

ramowych procesów technologicznych

d. PRZYKŁADY PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH KORPUSÓW Przedstawione ramowe procesy technologiczne będą dotyczyły korpusów jednolitych i gabarytowo większych, obrabianych na wiertarko-frezarkach, w liniach obróbkowych i w centrach obróbkowych. Zróżnicowanie tych procesów będzie zależało od operacji odprężania. Dla korpusów o kształtach prostych (rys. IX-121), w których duży procent powierzchni nie podlega obróbce i sam półfabrykat nie jest skomplikowany, proces technologiczny można opracować, zakładając, że półfabrykat w postaci odlewu lub konstrukcji spawanej będzie oczyszczony i poddany wyżarzeniu odprężającemu przed obróbką.

::I

r---~-----------,

II o~ I~ I I

I

~ 300!~06

•!

-·-·---@~,Y 0

I :.:>

iI I I II I

Rys. IX-121. Korpus jednoHty

We wszystkich innych przypadkach wyżarzanie odprężające korpusu powinno napodczas procesu technologicznego, po obróbce zgrubnej, czyli po usunięciu zewnętrznych warstw materiału (naskórka odlewniczego). Ramowy proces technologiczny korpusu jednolitego z operacją wyżarzania odprężającego p r z e d o b r 6 b k ą: (1) trasowanie, (2) obróbka zgrubna i kształtująca powierzchni stanowiącej pomocniczą bazę obróbsuipić

kową,

(3) obróbka zgrubna i

kształtująca

powierzchni

stanowiącej zasadniczą bazę

obrób-

kową,

(4) obróbka wykańczająca powierzchni stanowiącej zasadniczą bazę obróbkową, (5) wytaczanie głównych otworów z ustaleniem korpusu na przyjętej bazie obróbkowej, (6) obróbka powierzchni i nadlewów drugorzędnych, (7) wiercenie i gwintowanie małych otworów, (8) kontrola jakości. Jak widać, proces rozpoczyna się od obróbki bazy pomocniczej, ażeby następnie - wychodząc z tej obrobionej powierzchni - przeprowadzić obróbkę bazy zasadniczej. Wszystkie dalsze operacje powinny być wykonywane z ustaleniem na tej powierzchni, przyjętej za bazę zasadniczą. Dotyczy to głównie obróbki dalszych powierzchni oraz głównych otworów. Ramowy proces technologiczny korpusu jednolitego z operacją wyżarzania odprężającego w t r a kc ie p ro ces u: (l) trasowanie w celu wykonania obróbki zgrubnej,

262

IX. Wytyczne do projektowania procesów technolog1cznych

(2) (3) (4) (5) (6)

obróbka obróbka obróbka obróbka

zgrubna powierzchni stanowiącej pomocniczą bazę obróbkową, zgrubna powierzchni stanowiącej zasadniczą bazę obróbkową. zgrubna pozostałych powierzchni, zgrubna zasadniczych otworów,

wyżarzanie odprężające,

(7) malowanie

wstępne,

(8) trasowanie w celu wykonania obróbki kształtującej i wykańczającej, (9) obróbka kształtująca powierzchni stanowiącej pomocniczą bazę obróbkową. (10) obróbka kształtująca powierzchni stanowiącej zasadniczą bazę obróbkową, ( 11) obróbka wykańczająca powierzchni stanowiącej zasadniczą bazę obróbkową, (12) obróbka kształtująca i wykańczająca pozostałych powierzchni, ( 13) obróbka kształtująca i wykańczająca głównych otworów, ( 14) obróbka powierzchni i nadlewów drugorzędnych, (15) wiercenie i gwintowanie małych otworów, (16) kontrola jakości. Operacja wyżarzania odprężającego dzieli ten proces na dwie części: na obróbkę zgrubną oraz na obróbkę kształtującą i wykańczającą. Tym samym proces ten znacznie się wydłuża, ale równocześnie gwarantuje usunięcie naprężeń i niewystępowanie odkształceń po przeprowadzonej obróbce zgrubnej. W nowoczesnej technologii korpusów wprowadza się coraz częściej operację malowania wstępnego. W wyniku tej operacji unika się pokrywania białą farbą miejsc do trasowania, ponieważ oznaczenie można wykonać na powierzchni wstępnie pomalowanej.

Rozdział

X

,, TECHNOLOGICZNOSC KONSTRUKCJI

W budowie maszyn istotną rolę odgrywa technologiczność konstrukcji. Dotyczy ona poszczególnych części wchodzących w skład maszyny czy urządzenia, jak również wzajemnego ich powiązania (montaż). Jest ona związana ze wszystkimi etapami procesu wytwarzania począwszy od doboru półfabrykatu, poprzez obróbkę skrawaniem, obróbkę cieplną i montaż. Jak dotychczas nie ma wskaźnika ilościowego, za pomocą którego można by ocenić technologiczność konstrukcji określonej części, zespołu lub całej maszyny. Ocenia się ją, mając na uwadze zagadnienia związane z normalizacją, doborem materiału jak i poszczególnymi etapami wytwarzania. Wpływ na technologiczność konstrukcji ma przede wszystkim konstruktor projektujący poszczególne części, jak również technolog projektujący dJa tych części procesy technologiczne.

1. POJĘCIE TECHNOLOGICZNOŚCI KONSTRUKCJI Technol.ogiczność

konstrukcji można zdefiniować jako właściwość konstrUkcji zapewuzyskanie, przy określonej wielkości produkcji, wymaganych właściwości wyrobu przy minimalnych kosztach wytwarzania w danych określonych warunkach prcx:lukcji. Z dwóch konstrukcji tej samej maszyny lub urządzenia spełniających założenia konstrukcyjne, ta będzie bardziej technologiczna, która zapewni w określonych warunkach produkcyjnych mniejsze koszty wytwarzania. Najpoprawniejsze jest takie rozwiązanie, kiedy już na etapie powstawania konstrukcji nascępuje ścisła współpraca między konstruktorem a technologiem. W przypadku otrzymania przez biuro technologiczne dokumentacji konstrukcyjnej z zewnątrz, wykonanej przez jednostkę centralną lub inny zakład, podstawową czynnością, jaką ma do wykonania technolog, jest ocena tej dokumentacji pcx:I względem technologiczności konstrUkcji. Ocena ta powinna dotyczyć: - normalizacji i unifikacji części i zespołów, - racjonalnego doboru mateńałów, - właściwego zaprojektowania części dla racjonalnego kształtowania półfabrykatów, - racjonalnego kształtowania części ze względu na obróbkę bezwiórową, wiórową i montaż. niającą

264

X.

Technologiczność

konstrukcji

2. NORMALIZACJA I UNIFIKACJA CZĘŚCI ORAZ ZESPOŁÓW konstrukcji powinno się stosować szeroko pojętą normalizację. Dotyczy to takich części maszyn, jak wszelkiego rodzaju śruby, nakrętki, łożyska toczne itp. Części tego typu są objęte Polską Normą i są produkowane masowo. Dlatego koszt ich wytwarzania jest znacznie niższy od kosztu, jaki poniósłby zakład wykonując je we własnym zakresie. Brak możliwości zakupienia określonych części powinien prowadzić do jeszcze dalszej ich unifikacji, ograniczenia typów i wymiarów oraz zastosowania normalizacji wewnątrzzakładowej, a przez to zwiększenie seryjności produkcji. Dla złożonych części a zwłaszcza całych zespołów powinno się stosować unifikację nie w ramach jednej maszyny czy urządzenia, ale grupy maszyn podobnych. Tak.ie podejście daje możliwość zmontowania maszyny z pewnej liczby znormalizowanych (zunifikowanych) jednostek motażowych. Przykładem mogą być tutaj obrabiarki zeW

każdej

zwłaszcza

społowe.

3. RACJONALNY DOBÓR MATERIAŁÓW Jednym z istotnych wskaźników technologiczności konstrukcji jest zapewmerue projektowanej maszynie przewidzianych dla niej właściwości eksploatacyjnych przy możliwie niskiej jej masie. Jedną z dróg do tego prowadzących jest właściwy i racjonalny dobór materiałów na poszczególne części. Konstruktor powinien dobrze znać materiał, jego właściwo~ci fizykochemiczne oraz wpływ procesu technologicznego, w tym przede wszystkim obróbki cieplnej, plastycznej i spawania. Również duży wpływ mają one w obróbce wiórowej, gdzie dla określonego gatunku materiału wymagana jest odpowiednfa stereometria ostrza oraz właściwe parametry skrawania. Koszt materiału przypadający na jednostkę produkcji dla ustalonej metody technologicznej jest prawie niezależny od liczby wytwarzanych sztuk. Dlatego bardzo istotny Larówno dla konstruktora, jak i technologa jest dobór metody technologicznej, tzn. ustalenie, czy półfabrykatem ma być odlew, odkuwka, wytłoczka czy część z tworzyw sztucznych. Powinna być wykonana dokładna anaJiza ekonomiczna, nie tylko kosztu samego materiału, kosztów robocizny, ale również związanych z daną metodą technologiczną kosztów oprzyrządowania.

4. WŁAŚCIWE ZAPROJEKTOWANIE CZĘŚCI DLA , , RACJONALNEGO KSZTAŁTOWANIA POLFABRYKATOW Właściwie

zaprojektowana część ma istotny wpływ na jakość półfabrykatu oraz na koszt wykonania modelu, kokili czy matrycy. Zagadnienie to zostanie przedstawione przykładowo tylko w odniesieniu do najczęściej stosowanych półfabrykatów, tj. od1.e wów, odkuwek i konstrukcji spawanych.

4.

Właściwe

zaproJektowanie

części

265

a. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI ODLEWÓW Projektowanie odlewów jest zagadnieniem trudnym i wymaga od konstruktora dobrej znajomości samego tworzywa, z którego wykonuje sję odlew, i technologii odlewnictwa. Szczegółowe wytyczne dotyczące technologiczności konstrukcji odlewów można by podać w podziale na typ odlewu, tworzywa i sposób formowania. Byłyby one jednak bardziej przydatne dla technologa odlewnika. Dlatego w tym miejscu zostaną sfonnułowane najogólniejsze wytyczne dotyczące podstawowych zasad projektowania odlewu, których zachowanie będzie miało istotny wpływ na technologiczność konstrukcjj. Do najważniejszych z nich na l eży zaliczyć: - Grubość ścian odlewu powinno się tak dobjerać, aby stygnięcie przebiegało równomiernie we wszystkich jego częściach. Ta.kie równomierne stygnięcie można uzyskać, różnicując grubość ścian. Ściany, z których jest utrudnione odprowadzenie ciepła (ściany wewnętrzne), powinny być cieńsze od ścian zewnętrznych, z których odprowadzenie ciepła jest łatwiejsze. - Kształt odlewu powinien pozwalać na nieskrępowany skurcz. Pod wpływem oporu formy, rdzenia lub elementów skrzynki formierskiej powstają naprężenia, które w skrajnych przypadkach mogą doprowadzić do powstawania pęknięć. - Należy dążyć do zmniejszenia naprężeń cieplnych w odlewie, które powstają na skutek nierównomiernego stygnięcia poszczególnych jego części. W tym celu należy stosować ściany pochyłe lub wygięte zamiast płaskich. - Należy zapewnić dostęp do wszystkich powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych odlewu, umożliwiający łatwe usunięcie rdzeni oraz oczyszczenie wnęt­ rza odlewu. Przykład prawidłowej konstrukcji odlewu pozwalającej na zastosowanie krzepnięcia kierunkowego pokazano na rys. X~I. Konstrukcja przedstawiona na rys. X-la nie zapewnia otrzymania dobrego odlewu. Zastosowanie stopniowo powiększających się grubości ścianek od dołu ku górze (rys. X-1 b) umożliwia kierunkowe krzepnięcie i wyprowadzenie jamy skurczowej do nadlewu.

o)

b) 5,

s, > 5 2> 5 3> 5~ Rys. X-1. Konstrukcja odlewu umożliwiająca kierunkowe jego krzepnięcie: a) konstrukcja błędna , b) konsLrUkcja poprawna ze stopniowym wzrostem grubości ścianek

266

X.

Tecbnologicznoś<:

konstrukcji

b. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI ODKUWEK Odkuwki jako pótfabrykaty stosowane są bardzo często, zwłaszcza w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Wynika to z faktu, że mają one lepsze właściwości mechanicz· ne od innych rodzajów póJfabrykatów. Poi:rUmo różnych sposobów kucia oraz różnych kształtów odkuwek można sformułować ogólne podstawowe zasady ich konstruowania: - projektując odkuwki, zwłaszcza odkuwki matrycowane. należy pamiętać o możliwości wykorzystania ich stosunkowo dużej dokładności i nie przewidywać na tych powierzchniach naddatków na obróbkę; - należy unikać cienkich przekrojów ścianek i żeber ze względu na szybkie stygnięcie ich w czasie kucia i konieczność zwiększenia liczby grzań; - projektując odkuwki, należy brać pod uwagę sposób ich bazowania podczas obróbki mechanicznej; - konstrukcyjne kształty półfabrykatów powinny być w miarę możliwości mało skomplikowane w celu uzyskania niskiego kosztu wykonania matryc; - powierzchnia podziału matrycy powinna być w miarę możliwości płaska, co ułatwia uzyskanie dużej dokładności matrycy oraz jej eksploatację. Jednym z problemów występujących przy projektowaniu odkuwki jest wybór powierzchni podziału matrycy. Przyjmuje się podział matrycy w płaszczyźnie największego wymiaru gabarytowego odkuwki. Mimo że podział taki sprzyja dobremu wypełnieniu matrycy, nie zawsze się go stosuje, gdyż inny podział jest niekiedy korzystniejszy, ze względu na mniejszą wypływkę, łatwiejsze jej usunięcie. jak również uzyskanie możliwości dokładniejszego zamocowania przedmiotu. Na rysunku X-2 pokazano dwie odkuwki wałka. Pierwsza (rys. X-2a) o podziale w płaszczyźnie największego wymiaru gabarytowego, druga (rys. X-2b) z płasz-

bi

al
- ·- --,-·-·
36.5

16

65 __L _ 4.:..:. 9-14--34',5_..

Rys. X-2. Odkuwka: a) z

podziałem

matrycy w płaszcqźme najwięks:t.ego wymiaru. b) z podzialcm matrycy w płaszczyźnie prostopadłej do osi

4.

Właściwe

zaprojektowanie

267

części

czyzną podziału prostopadłą

do osi przedmiotu. Rozwiązanie drugie należy uznać za bardziej technologiczne z przyczyn podanych powyżej, mimo konieczności zastosowania pochyleń.

c. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI SPAWANYCH Technologiczność

ogólnych wytycznych

konstrukcji spawanych należy rozpatrywać z punktu widzenia konstrukcji spawanych. Do tych wytycznych zalicza

dotyczących

się:

zapewnienie dogodnego dostępu elektrody do miejsca spawania; unikanie łączenia przez spawanie grubych przekrojów z cienkimi; unika się przez to dużych naprężeń spawalniczych; - zmniejszenie pracochłonnej obróbki krawędzi blach; konstrukcje należy tak projektować, ażeby spoiny umieszczać we wnękach uzyskanych przez wzajemne przesunięcie blach; przykłady takich rozwiązań pokazano na rys. X-3; - unikanie stosowania cienkich i wąskich brzegów i ścięć ze względu na ruebezpieczeństwo przepalenia ich (rys. X-4); - powierzchnie dokładne muszą być obrabiane po spawaniu; na skutek spawania powstają naprężenia, które należy usunąć przez wyżarzanie. -

a)

b)

~ c)

~

d)

r

r

Rys. X-3. Konstrukcje spawane 2 blach: a) i c) konstrukcje nietechnologiczne, wymagające obróbki krawędi.i blach, b) i d) konstrukcje technologiczne umożliwiające umieszczenie spoiny we wnękach uzyskanych przez przesunięcie blach

a)

b)

Rys. X-4. Konstrukcja spawana z blach: a) nietechnologiczna - cienkie ostre - brak ostrych naroży

naroża

1, b) technologiczna

268

X.

Technologiczność

konstrukcji ;

5. RACJONALNE KSZTAŁTOWANIE CZĘSCI , ZE WZGLĘDU NA OBROBKĘ WIOROWĄ ;

Technologiczność konstrukcji obróbki wiórowej należy rozpatrywać z uwzględ­ nieniem poszczególnych operacji obróbki. Te najczęściej drobne szczegóły konstrukcji występujące w niektórych operacjach mogą w sumie znacznie zaważyć na całym procesie technologicznym. Technologiczność konstrukcji części kształtowanych na drodze obróbki wiórowej można rozpatrywać zarówno z punktu widzenia klasy przedmiotu, jak również typu obrabiarki, na jakiej ten przedmiot jest obrabiany. Ma to zresztą dość ścisły związek, gdyż najczęściej klasę wałków, tulei i tarcz kojarzy się z tokarkami, klasę korpusów - z wiertarko-frezarkami, klasę dźwigni - z wiertarkami, a klasę części płaskich - z frezarkami.

a. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI CZĘŚCI KLASY WALEK, TULEJA I TARCZA Części

te mają wiele cech wspólnych, które świadczą o ich technologiczności, ale są cechy odmienne. W klasie wałków zwracać należy przede wszystkim uwagę na właściwe kształtowanie powierzchni zewnętrznych, w klasie tulei główną rolę odgrywa kształtowanie otworu, a w klasie tarcz, zwłaszcza większych średnic, kształtowanie powierzchni czołowych. Trzy przykłady zilustrują te zagadnienia a równocześnie wskażą, jak niekiedy drobne fragmenty będą rzutowały na technologiczność. Suma tych drobnych fragmentów wpłynie niewątpliwie na obniżenie kosztu wyprodukowania wyrobu. Bardzo popularnym rozwiązaniem jest przejście z jednej średnicy wałka na drugą za pomocą promienia (rys. X-5a). Należy jednak pamiętać, że wymaga to zaprojektowania i wykonania specjalnego narzędzia. Rozwiązanie takie jest usprawiedliwione tylko w przypadku dużego obciążenia wałka i działania karbu. Technologiczne jest rozwiązanie drugie (rys. X-5b), w którym przejście z jednej średnicy na drugą otrzymuje się w wyniku toczenia narzędziem znormalizowanym. również

b)

Rys. X-5. Walek z uskokiem średnic: a) konsirukcja nietechnologiczna, b) konstrukcja technologiczna

W częściach klasy tuleja niewątpliwie najważniejszą sprawą jest prawidłowe zaprojektowanie otworu, zwłaszcza otworu stopniowanego, aby była możliwość dokład­ nego jego wykonania w jednym zamocowaniu. Na rysunku X-6a przedstawiono bardzo często spotykane rozwiązanie konstrukcyjne tulei z dwoma dokładnymi otworami pod łożyska, przedzielonymi w części środkowej odsadzeniem o mniejszej średnicy. Otwory

S. Racjonalne

Rys. X-6.

Rozwiązanie

kształtowanie czc;ści

ze

względu

na

obróbkę wiórową

269

konstrukcyjne tulei z dwustronnie pasowanymi otworami: a) konstrukcja nietechnologiczna, b) i c) konstrukcje technologiczne

te naturalnie muszą być dokładnie współosiowe, a warunek ten może być spełniony za pomocą obróbki wykańczającej drugiego otworu w specjalnym uchwycie z bazowaniem na otworze pierwszym, już dokładnie obrobionym. Rozwiązanie to należy uznać za nietechnologiczne. Dwa następne rozwiązania (rys. X-6b, c) pozwalają na wykonanie dokładnego otworu z jednego zamocowania. Technologiczność konstrukcji części klasy tarcza, zwłaszcza dużych średnic, należy rozpatrywać pod kątem prawidłowego podparcia przedmiotu. Koło pasowe (rys. X-7a) ma dwustronną piastę, z obrobionymi powierzchniami czołowymi, pozostałe powierzchnie czotowe są nieobrobione. Tak zaprojektowana konstrukcja nie pozwala na właściwe podparcie tego koła. Wady tej nie ma konstrukcja (rys. X-7b), w której jedna strona wieńca jest obrobiona. Podparcie koła na tej powierzchni pozwala na jego sztywne zamocowanie, blisko miejsca obróbki, i prawidłową obróbkę powierzchni zewnętrznej.

Rys. X-7. Kolo pasowe: a) konstrukcja nietechnologiczna, b) konstrukcja technologiczna

b. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI CZĘŚCI KLASY KORPUS Technologiczność

nym,

decydującym

konstrukcji części klasy korpus jest zagadnieniem bardzo istoto obróbce tych części. Korpusy. zwłaszcza o dużych wymiarach

270

X.

Technologiczno(ć

konstrukcji

gabarytowych, są obrabiane z reguły na wiertarko-frezarkach, a więc obrabiarkach, których zasada pracy jest dość specyficzna. Korpus zaprojektowany technologicznie bardzo obniża pracochłonność obróbki i podnosi jej jakość, w przeciwnym prLJpadku obróbka jest utrudniona, a czasami nawet niewykonalna. Zasady projektowania części klasy korpus można ująć w następujących punktach: - Korpus musi być sztywny, ścianki powinny mieć odpowiednie wymiary w celu uniknięcia odkształcenia podczas obróbki. - Podstawowa powierzchnia korpusu powinna być dostatecznie duża, aby mogła stanowić bazę obróbkową dla całego procesu technologicznego. - Otwory dokładne w korpusie powinny mieć prosty kształt, bez odsadzeń, podcięć i obrabianych powierzchni nadlewów (rys. X-8).

a)

Rys. X-8. Otwór dokładny w korpusie: a) technolog1czny, b) nietechnologiczny

Rys. X-9 Technologicznie zaprojektowane otwory, letące wzdhiż jednej osi w korpusie o tnech ścianach: a) otwory o jednakowej średnicy, b) otwory stopniowo zmniejszające się

Rys. X-10. Nietechnologicznie zaprojektowane Ot· wory. leżące wzdłuż. jednej osi w korpusie o 1necb ścianach

Otwory podstawowe korpusu, mające wspólną oś, powinny mieć jednakowe lub stopniowo zmniejszające się, co umożliwi obróbkę przelotową (rys. X-9). - Wewnątrz korpusu nie należy projektować otworów większych niż otwory zewnętrzne (rys. X-10). Konstrukcja taka zmusza do ustawienia narzędzia na wymiar wewnątrz korpusu, co jest bardzo utrudnione i możliwe do wykonania tylko wówczas, gdy konstruktor przewidział odpowiednie dojście. -

średnice

5. Racjonalne

kształtowanie czę§ci

ze

względu

na

obróbkę wiórową

271

- W korpusach mających więcej niż jedną oś z zasadniczymi otworami, stopniowanie średnic powinno się odbywać w jednym kierunku, co umożliwi obróbkę współosiowych otworów równoległych przy jednej pozycji korpusu (rys. X-9). - W korpusach mających kilka ścian otwory współosiowe powinny być wykonane we wszystkich ścianach, mimo że ze względów konstrukcyjnych nie jest to wymagane. Otwory przelotowe bowiem pozwalają na podparcie wytaczadła (rys. X-11).

Rys. X-11. Korpus z trzema ściankami: a) rozwiązanie technologiczne - otwór po obróbce zaślepiony. b) rozwiązanie nietechnologiczne

- Należy unikać obróbki dużych powierzchni leżących wewnątrz korpusu. Obróbtakich powierzchni można wykonać szerokim nożem przy ruchu poosiowym wytaczadła (rys. X-12a), specjalnym wytaczadłem z wysuwającym się promieniowo nożem lub tzw. suportem skrzydłowym (rys. X- I2b). Obydwa oprzyrządowania są bardzo drogie i możliwe do zastosowania tylko w określonych warunkach. Musi być odpowiednio duża średnica otworów i odpowiednie dojście umożliwiające założenie suportu kę

skrzydłowego.

Rys. X-12. Korpus z wewnętrzną obróbką powierzchni: a) rozwiązanie technologiczne - mała szerokość powierzchni, b) rozwiązanie nietechnologiczne - duża szerokość powierzchni obrabianej suponem skrzydłowym

- Należy unikać podcięć w otworach wewnątrz korpusu. Podcięcia takie zaprojektowane w otworach usytuowanych od strony wrzeciennika nie przedstawiają większych trudności, gdyż można je wykonać, wykorzystując suport tarczy wytaczarskiej (rys. X-13). Przedstawione wymagania nie zawsze mogą być spełnione przez konstruktora. Chodzi jednak o to, ażeby konstruktor zdawał sobie sprawę z możliwości obróbkowych, wyobraził sobie projektowany korpus usytuowany na wiertarko-frezarce i w miarę możliwości uwzględniał postulaty technologiczności.

272

X.

Technologiczność

kons1rukcji

c)

Rys. X-J3. Otwory z podcięciami pod pierścienie osadcze: a) rozwiązanie rechnologiczne - podciecia zaprojektowane w otworach zewnętrznych. b) rozwiązanie nietechnologiczne - podcięcia zaprojektowane w otworze wewnętrznym, c) wykonanie podcięć nożem osadzonym w oprawce zamocowanej na suporcie tarczy wytaczarskieJ

Podane wytyczne, na które należy zwrócić uwagę projektując korpus, są nieco mniej istotne w przypadku obróbki korpusu na centrum obróbkowym. Dotyczy to jednak korpusów mniejszych wymiarów. W centrach obróbkowych wykorzystuje sie ich dużą dokładność, zwłaszcza dokładność położenia stołu. Dlatego otwory przelotowe leżące wzdłuż jednej osi obrabia się z dwóch stron, stosując krótkie, sztywne wytaczadła.

c. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI CZĘŚCI KLASY DŹWIGNIA Technologiczność konstrukcji części klasy dźwignia nie odgrywa już tak dużej roli w projektowaniu ich procesów technologicznych, jak to ma miejsce w przypadku korpusów. Należy pamiętać jedynie, że otwory w dźwigniach wykonywane są z reguły na wiertarkach lub obrabiarkach zespołowych, dlatego powinny to być otwory o kształtach prostych, bez podcięć i odsadzeń. Ponadto istotną sprawą z punktu widzenia technologiczności konstrukcji części klasy dźwignia jest takie ich zaprojektowanie, ażeby czołowe powierzchnie (chodaż z jednej strony) leżały w jednej płaszczyźnie (rys. X-14). Tak zaprojektowana dźwignia znakomicie ułatwia opracowanie i wykonanie procesu technologicznego, gdyż obrobiona w pierwszej operacji powierzchnia będzie stanowita bazę obróbkową do wszystkich dalszych operacji. Przy nierównej wysokości łbów, niezależnie od stosowanego sposobu obróbki, istnieje niebezpieczeństwo, że w serii przedmiotów będzie się zmieniał wymiar b (rys. X-15), a tym samym trudno wówczas obydwie powierzchnie czolowe l i 2 uznać za powierzchnie bazujące. W tych przypadkach bardzo komplikuje się konstrukcja uchwytów obróbkowych, gdyż wtedy podparcie przedmiotu może mieć miejsce tylko na jednej powierzchni, a podparcie drugiej musi być zrealizowane elementem nastawnym.

i+p-- -- 4~1 2.5

Rys. X-14.

Dźwignia

zaprojektowana poprawnie

5. Racjonalne

Rys. X-15.

Dźwignia

kształtowanie części

ze

względu

na

obróbkę wiórową

273

z przestawionymi powiertchniami czo(opis w tekście)

łowymi

d. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCJI CZĘŚCI PŁASKICH Częściom płaskim

podobne wymagania jak częściom klasy dźwig­ jest właściwa baza, która mogłaby służyć do jednoznacznego podparci.a przedmiotu we wszystkich operacjach. Szczególnie jest to ważne wówczas, kiedy nie ma możliwości obróbki wszystkich dokładnych powierzchni z jednego zamocowania. Przykładem takim może być listwa z rys. X- 16a, dla której narzucono wysokie dokładności położe­ nia poszczególnych powierzchni, gdy tymczasem powierzchnia, którą trzeba przyjąć jako bazę, ma po obrobieniu chropowatość R 0 = 20 µm. Rozwiązanie takie należy uznać za nietechnologiczne. Dotyczy to również sposobu wymiarowania. Poprawne rozwiązanie przedstawiono na rys. X- 16b. Powierzchnia, która ma po obrobieniu R" = 0,32 µm, może być wykorzystana jako baza, ponadto sposób wymiarowania pozwala na uzyskanie żądanych dokładności bez większego trudu. Podane przykłady ksztahowania części maszyn z punktu widzenia obróbki skrawaniem wskazują na ważność przeprowadzenia szczegółowej analizy i konieczność zaproponowania odpowiednich zmian. Podobnie można rozpatrywać technologiczność konstrukcji ze względu na operacje obróbek cieplnych i cieplno-chemicznych, obróbek plastycznych występujących w trakcie procesu technologicznego i innych. nia. W

częściach

stawia

płaskich

się

istotną sprawą

li

O,Q1 A

~10,5

Rys. X-16. Rysunek wykonawczy listwy: a) rozwiązanie nietechnologiczne, b) rozwiązanie technologiczne

6. RACJONALNE KSZTAŁTOWANIE ZE WZGLĘDU NA MONTAŻ

;

CZĘSCI

Rozpatrując technologiczność

wszystkim

mieć

konstrukcji ze względu na montaż, należy przede na uwadze podstawowe zasady, które będą wpływały na tę techno-

Jogiczność:

-

zasadę zespołowości, zasadę

zasadę

zasadę zasadę

unifikacji części, baz montażowych, eliminowania naprężeń, eliminowania możliwości

błędnego montażu.

a. ZASADA ZESPOŁOWOŚCI Projektując okreś l ony

całość

konstrukcji

była

wyrób, maszynę czy urządzenie, należy mieć na uwadze, aby podzielona na zespoły, podzespoły , które mogą być przygotowa-

6. Racjonalne

kształtowanie części

ze

względu

na

275

montaż

ne w całości do końcowego montażu. Dzięki takiej konstrukcji unika się operacji obróbkowych w trakcie procesu technologicznego montażu. Przykładem może być rozwiązanie konscrukcyjne zaworu (rys. X-17). W rozwiązaniu pierwszym (rys. X-17a) gniazdo wykonane jest bezpośrednio w korpusie. Jest to duże utrudnienie technologiczne, a ponadto operacja docierania gniazda musi być wykonana w procesie montażu. Jako technologiczne należy przyjąć wykonanie zaworu w postaci oddzielnego zespołu (rys. X-17b). Przyjmując w konstrukcji zasadę zespołowości, można się oprzeć na zespołach już sprawdzonych w poprzednich rozwiązaniach. Uproszczona zostaje ponadto naprawa, gdyż możliwa jest wymiana całego zespołu.

b)

a)

Rys. X-17. Konstrukcja i.aworu: a)

rozwiązanie

nietechnologiczne, b)

rozwiązanie

technologiczne

b. ZASADA UNIFIKACJI CZĘŚCI Unifikacja i norrqalizacja części dotyczy nie tylko montażu, lecz całości spraw z technologicznością konstrukcji. Zostały one omówione w p. 2 niniejszego

związanych rozdziału.

c. ZASADA BAZ MONTAŻOWYCH Podczas projektowania konstrukcji należy zwracać uwagę, aby byla jednoznacznie określona baza montażowa. Baza ta może dotyczyć ustalenia poosiowego części, bazowania na powierzchniach walcowych i powierzchniach płaskich. W zespole pokazanym na rys. X-18a, a składającym się z koła zębatego i dwóch łożysk tocznych brak bazy poosiowej. Koło zębate może tutaj zmienić położenie w granicach długości gwintów nakrętek. W konstrukcji przedstawionej na rys. X-18b, pierścień oporowy J stanowi bazę poosiową. W bazowaniu na powierzclmiach walcowych należy przestrzegać następujących zasad konstrukcji: - Pr.ly ustalaniu dwóch części względem siebie na powierzchni walcowej, powierzchniami ustalającymj powinny być powierzchnie 'o jak najmniejszej średnicy. Przy takim samym pasowaniu, ustalenie na mniejszej średnicy będzie dokładniejsze, gdyż wartości odchyłek będą mniejsze. Przykładem może być skręcane koło zębate (rys.

X-19).

276

X.

Technologiczność

konstrukcji

a)

bl

Rys. X-18. Ustalenie poosiowe kola zębatego: a) rozwiązanie nietechnologiczne, b) ne (opis w tekście)

zębate skręcane:

technologicz·

b)

a)

Rys. X-19. Kolo

rozwiązanie

a)

rozwiązanie

nietechnologiczne, b)

rozwiązanie

technologiczne

6. Racjonalne

kształtowanie części

ze

względu

na

277

montaż

- Ustalenie dwóch części powinno mieć miejsce tylko na jednej powierzchni walcowej, przy zachowaniu luzu na powierzchniach pozostałych. Przy pozostawieniu pasowania na dwóch powierzchniach (rys. X-20a) nie wiadomo jest, która powierzchnia będzie powierzchnią ustalającą. Prawidłowe rozwiązanie przedstawiono na rys. X-20b. - Na gwincie nie wolno ustalać, gdyż na gwincie zawsze występują luzy. Gwint powinien jedynie stużyć do przemieszczania jednej części względem drugiej, natomiast ustalenie powinno mieć miejsce na powierzchniach walcowych. Przykład błędnego i poprawnego rozwiązania pokazano na rys. X-21.

Rys. X-20. Ustalenie dwóch

części względem

siebie: a) rozwiązanie nietechnologiczne, b) technologiczne

rozwiązanie

o)

Rys. X-21. Ustalenie dwóch

części względem

siebie: a) rozwiązanie nietechnologiczne, b) rozwiqzanie technologiczne

a)

Rys. X-22. Bazowanie na powierzchniach

b)

płaskich:

a) rozwiązanie nietechnologiczne, b) logiczne

rozwiązanie

techno-

Bazowanie na powierzchniach płaskich stanowi pewną anoJogię do bazowania na powierzchniach walcowych. Należy przestrzegać zasady, aby powierzchnia bazująca była jednoznacznie określona. Przykład błędnego i poprawnego rozwiązania przedstawiono na rys. X-22.

278

X.

Rozw1 ązanie

Należy zmniejszać

gwarancja

konstrukcji

b)

a)

Rys. X-23.

Technologiczność

właściwego

powierzchni styku: a) nietechnologiczne, b) technologiczne

powierzchnie styku, gdyż im mniejsza powierzchnia, tym wiek.sza przylegania tych powierzchni. Przyklad zilustrowano rys. X-23.

d. ZASADA ELIMINOWANIA NAPRĘŻEŃ Najczęstszą przyczyną

odkształcenia części,

jest

powstawania naprężeń, które w efekcie konstrukcja. Niekiedy może to

błędna

mogą doprowadzić

również być

do wadliwy

montaż.

a)

Rys. X-24. Zamocowanie pokrywy

śrubami

(opis w telclcie)

Na rysunku X-24 pokazano zamocowanie pokrywy śrubami. W pierwszym przypadku (rys. X-24a) śruba odkształca mocowany przedmiot. W drugim przypadku (rys. X-24b) śruba przechodząca przez przestrzeń jest zamknięta w sztywnej kolumnie, co uniemożliwia odkształcenie się pokrywy. Podobnie jest w trzecim przypadku (rys. X-24c), w którym dociskana ściana pokrywy wzmocniona została żebrem. Na odkształcenia wynikłe wskutek wadliwego montażu zwrócono uwagę w rozdz. XI, p. 2.

e. ZASADA ELIMINOWANIA MOŻLIWOŚCI BŁĘDNEGO MONTAŻU

Poszczególne części wchodzące w skład montowanego zespołu powinny być tak zaprojektowane, aby niewłaściwy montaż był niemożliwy. Dotyczy to montażu ręcznego,

7.

Technologiczność

konstrukcji

279

części

gdzie chwilowa nieuwaga pracownika może doprowadzić nie tylko do ponownego montażu, ale do zniszczenia określonych części w trakcie ich eksploatacji. Przykładem może być tuleja z otworem smarowym przykręcona do korpusu dwiema śrubami (rys. X-25). Jak widać z rysunku, tuleję tę można obrócić o 180° i wtedy otwór, który ma doprowadzić smar znajduje się z drugiej strony. Zabezpieczyć się przed taką ewentualnością można przez wykonanie otworów doprowadzających smar (rys. X-25b) lub przez wykonanie w tulei rowka obwodowego (rys. X-25c).

a)

b)

Rys. X-25. Tuleja z otworem smarowym (opis w

c)

tekście)

7. TECHNOLOGICZNOŚĆ KONSTRUKCn CZĘŚCI OBRABIANYCH NA OBRABIARKACH

STEROWANYCH NUMERYCZNIE Technologiczność

konstrukcji części przewidzianych do obróbki na obrabiarkach sterowanych numerycznie powinna być analizowana pod kątem możliwości technologicznych tych obrabiarek. Są to z reguły możliwości technologiczne znacznie większe od tych, jakie mają obrabiarki konwencjonalne. Analiza technologiczności konstrukcji części obrabianych na obrabiarkach sterowanych numerycznie powinna być przeprowadzona głównie w aspekcie: - doboru właściwej bazy obróbkowej, - ukształtowania obrabianej powierzchni, - ograniczenia liczby niezbędnych narzędzi, - wymiarowania. Bazę obróbkową przygotowuje się najczęściej w jednej z pierwszych operacji. Wykonuje się ją z reguły na obrabiarkach konwencjonalnych. Baza powinna być tak dobrana, aby zapewniła właściwe podparcie i ustalenie przedmiotu oraz umożliwiła pewne jego zamocowanie. Obowiązują tutaj zasady dobierania baz podane w rozdz. IV. Przy obróbce na tokarkach, dla uzyskania pewnego zamocowania przedmiotu w uchwycie samocentrującym, przeprowadza się obróbkę powierzchni bazującej, aby następnie ustalając i mocując na tej obrobionej powierzchni, obrobić pozostałe powierzch-

280

X.

Technologiczność

Rys. X-26.

konstrukcji

Część

klasy tuleja z obrobioną

bazą

nie na gotowo (rys. X-26). Tylko w nielicznych przypadkach, dla bardzo dokładnych półfabrykatów, ustalenie i mocowanie części może mieć miejsce na powierzchID surowej. Istotną rolę z punktu widzenia programowania i przeprowadzenia obróbki odgrywa ukształtowanie obrabianej powierzchni. Dla ułatwienia programowania należy typizować powtarzające się elementy powierzchni bądź też tak ją kształtować, aby jej zarys był utworzony z zestawu prostych i łuków okręgu. Programowanie upraszcza się dla powierzchni, których obróbka sterowana jest wzdłuż jednej lub dwóch osi współrzęd­ nych. Niemniej jednak istotne jest ukształtowanie powierzchni dla przeprowadzenia obróbki. Dotyczy to przejść jednej powierzchni w drugą. Na rysunku X-27a pokazano przejście nietechnologiczne, a na rys. X-27b - przejście technologiczne, które w zależ­ ności od wymaganej dokładności mogą być kopiowane promieniem freza (rys. X-27c), przy większej zaś dokładności powinny być wykonane przez obtaczanie frezem o mniejszym promieniu (rys. X-27d). Wymagana tu jednak jest odpowiednia sztywność narzę­ dzia dla danych warunków obróbki. b)

c)

d)

Rys. X-27. Przejk ie jednej powierzchni w drugą: a) rozwiązanie nierechnologiczne, b) rozwiązanie techn<>logiczne, c) obróbka frezem o odpowiednim promieniu, d) obróbka przez kopiowanie promieniem freza Ukształtowanie

powierzchni jest również istotne przy obróbce frezowaniem przejść (rys. X-28). Za technologiczne należy uważać takie przejścia, do obróbki których można zastosować znormalizowane narzędzia (rys. X-28a), za nietechnologiczne zaś te, które wymagają zastosowania frezów kulistych (rys. X-28b). Następnym zagadnieniem, które trzeba mieć na uwadze, projektując części na obrabiarki sterowąne numerycznie, jest liczba narzędzi , jaka musi być zastosowana do obróbki określonej części. Obrabiarki sterowane numerycznie charakteryzują się zwiękwewnętrznych

7.

Technologiczność

konsU1.1kcji

a)

b)

Rys. X-28. Frezowanie

szoną dokładnością

281

częki

przejść wewnętrznych:

a) rozwiązanie technologiczne, b) nologiczne

nietech-

wymiarów. Te istotne ich zalety wykorzystuje się, zgrubnie i kształtująco, a niejednokrotnie (to zależy od wymaganej dokładności) i wykańczająco. W przypadku przedmiotów o skomplikowanych kształtach takie łączenie poszczególnych rodzajów obróbki staje się niekiedy niemożliwe ze względu na konieczność zastosowania większej liczby narzędzi, niż to jest możliwe w konkretnej obrabiarce. Ostatnim wreszcie zagadnieniem, na które należy zwrócić uwagę, analizując tech.nologiczność konstrukcji części obrabianych na obrabiarkach sterowanych numerycznie, jest wymiarowanie. Powinno być ono podane od przyjętych baz w prostokątnym układzie współrzędnych. Jeśli ten warunek. nie jest spełniony , rysunek konstrukcyjny musi być przewymiarowany przez technologa. Na rysunku X-29 pokazano przykład wymiarowania, w którym początek osi współrzędnych pokrywa się z osią dużego otworu 1. W przypadku przedmiotów toczonych z mocowaniem w uchwycie samocentrującym, za początek układu współrzędnych przyjmuje się powierzchnię czołową przedmiotu (rys. X-30). i

powtarzalnością

rozwiązanie

obrabiając określoną część

dl~ y

260

'

., Ii

245

'

,

N

a:>

320

Rys. X-29. Wymiarowanie

płyty

(opis w tekście)

282

X.

Technolog1czność

konstrukcji

y

-

X

Rys. X-30. Wymiarowanie walka 1ocwnego

. .~a .

..------1

Rys. X-31.

Wałek

z

różnymi

promieniami

przejść

Można powiedzieć, że to co w wielu przypadkach byłoby nietechnologiczne dla obrabiarek konwencjonalnych (p. 5 niniejszego rozdziału), przestaje być nietechnologiczne dla obrabiarek sterowanych numerycznie. Stąd wniosek. że analizując technologiczność konstrukcji jakiejś części, trzeba mieć świadomość, na jakiej obrabiarce przewidywana jest obróbka tej części. Zostanie to wyjaśnione przykładowo dJa części klasy wałek i korpus. Wałek pokazany na rys. X-31 z różnymi promieniami przejść obrabiany na obrabiarce konwencjonalnej należy uznać za rozwiązanie nietechnologiczne, gdyż obróbka każdego z czopów wymaga innego narzędzia, aby uzyskać odpowiedni promień przejścia. Nie ma tego problemu na obrabiarce sterowanej numerycznie. gdzie te różne promienie można uzyskać jednym narzędziem o małym promieniu zaokrąglenia ostrza. Istotna różnica wystąpi przy obróbce korpusu na klasycznej wiertarko-frezarce i na centrum obróbkowym. Duża dokładność tych obrabiarek sprawia, że technolog nie usiłuje obrobić wszystkich otworów leżących w osi z jednego zamocowania. Na centrum obróbkowym stosuje się wytaczadła krótkie, bez podparcia. Liczba narzędzi może być znacznie większa, gdyż znajdują się one w magazynie narzędzi i są automatycznie wymieniane.

Rozdział

XI

TECHNOLOGIA MONTAŻU

Proces technologiczny montażu jest to część procesu produkcyjnego obejmująca na celu łączenie poszczególnych części w podzespoły, zespoły, mechanizmy i gotowy wyrób. Wyrobem nazywa się końcowy produkt wykonany przez zakład produkcyjny. Jednostką montażową będzie część wyrobu montowana oddzielnie. która następnie bierze udział w procesie montażowym jako jedna całość. Jednostkami montażowymi mogą być: pojedyncze części, podzespoły i zespoły. Tworzenie jednostek montażowych ma wiele zalet, z których najważniejszymi są: skrócenie czasu cyklu montażowego, możliwość lepszej organizacji pracy, lepsze wykorzystanie powierzchni montażowej i urządzeń. ogół czynności mających

1. METODY MONTAŻU Istnieją różne

metody montażu, które umożliwiają otrzymywanie wymiarów mono określonej tolerancji. Metody te, w zależności od wielkości produkcji, organizacji i wyposażenia technologicznego zakładu , mogą być następujące: montaż z zamiennością całkowitą (pełną) i zamiennością częściową. W tym ostatnim można wyróżnić: montaż z zamiennością warunkową, z zastosowaniem kompensacji, selekcji i indywidualnym dopasowaniem części (rys. XI-1). tażowych

METODY MONTAŻU

Montaż

Montaż

z zamiennaśaa, cotkow1lq

z zam1ennośc1q częśc1owq

Montaż

z zafTllemościq warunk

Montaż

z zastoso,..aniem korrpe c'i

Montaż

Montaż

z zastosowaniem selekcji

z indywidualnym dapasov.oniem części

Rys. XJ-1. Metody

montażu

284

XJ. Technologia

montażu

a. MONTAŻ Z ZAMIENNOŚCIĄ CALKOWJTĄ Montaż z zamiennością całkowitą polega na składaniu jednoslek monlaiowycb z lakich części, które są wykonane według założonych wymiarów 1 wymagań. Otrzymana w ten sposób jednostka montażowa powinna wykazywać właściwe działanie bez i:adnych poprawek. Montaż z zamienno.~cią całkowitą wymaga dokładnego wykonania. jednak w granicach założonych wymagań poszczególnych elemenców składanych w jednostki montalowe. Przy założonym wymiarze wypadkowym powoduje to znaczne zacieśnienie tolerancji wymiarów poszczególnych części. a tym samym ogniw łań­ cuchów wymiarowych, a przez to wpływa na wzrost kosztów produkcyjnych. Metodę montażu z zamiennością całkowitą stosuje się w produkcji wielkoseryjnej i masowej. Do najważniejszych zalet zamienności całkowitej zalicza się: - prosty i ekonomiczny montaż zespołów i całego wyrobu, nie wymagający wysoko wykwalifikowanych pracowników; - najprostsze rozwiązanie zagadnienia części zapasowych; - produkcja poszczególnych części łub zespotów może być łatwo rozdzielona pomiędzy kilka współprncujących zakładów; - łatwość normowania czynności montażowych, gdyż nie występują żadne nieprzewidziane prace.

b. MONTAŻ Z ZAMIENNOŚCIĄ CZĘŚCIOWĄ Montaż

z

zamiennością częściową może być

cią warunkową.

realizowany jako montaż z zamiennoś­ z zastosowaniem kompensacji, selekcji i jako montaż z indywidualnym

dopasowaniem części. Pr z y m o n ta ż u z z a rn i e n n o ś c i ą w ar u n ko w ą nie dąży się do zachowania w każdym przypadku założonych granic wymiaru wypadkowego, lecz zadowala się prawdopodobieństwem, że liczba wadliwych zespołów nie przekroczy pewnego ustalonego procentu, najczęściej 27%. Przy takiej zamienności celowo rozszerza sie tolerancje niektórych wymiarów, zakładając, że oszczędności na obróbce będą większe w stosunku do zwiększonego czasu przy montażu. Dla produkcji korzystniej jest bowiem stosować w rzadkich przypadkach wymianę np. jednej części o największym wpływie, niż zacieśniać tolerancje a przez to podnosić koszty wykonania tej części.

Rys. XI-2. Rnzklatl wymiarów tlla miotów

dużej

liczby przed-

l. Metody

285

montaż.u

Stosując zamienność warunkową, zakłada się, że niekorzystny zbieg odchyłek wymiarowych zdarza się bardzo rzadko - zwłaszcza przy większej liczbie wymiarów w łańcuchu. Z rysunku XJ-2 jednoznacznie wynika, że zdecydowana większość wymiarów leży w środku pola tolerancji. W rozdziale V omówiona została szczegółowo knywa Gaussa. M o n t a ż z z a s t o s o w a n i e m k o m p e n s a c j i polega na tym, że wymaganą dokładność wyrnian1 wynikowego uzyskuje się za pomocą wprowadzenia do konstrukcji danej jednostki montażowej elementu kompensacyjnego, umożliwiającego uzyskanie żądanego wymiaru w pewnych określonych granicach. W praktyce stosuje się kompensatory nieciągłe, jak podkładki, tulejki dystansowe itp„ oraz kompensatory ciągłe, do których zalicza się śruby, kliny itp. W przypadku kompensatorów nieciągłych grubości podkładek powinny być obliczone, aby w zależności od wielkości wymiaru wypadkowego, pracownik mógł zastosować odpowiednią podkładkę, bez pot:r.teby dokonywania prób. Niekiedy zamiast jednej grubszej podkładki można stosować tzw. plik podkładek. Przykłady konstrukcji z zastosowaniem kompensatorów przedstawiono na rys. XI-3.

bi

a)

Rys. XJ-3. Zastosowanie kompensarorów: a) z

kompensacją n.ieciąghl,

b) z kompensacja

ciągłą

M o n L a ż z i n d y w i d u a l n y m d o p a s o w a n i e m składanych elementów polega na tym, że wymaganą tolerancję wymiaru wynikowego osiąga się przez zmianę wymiaru jednej, z góry określonej części, za pomocą szlifowania, toczenia, piłowania, skrobania itp. Przy stosowaniu takiego montażu należy na ogniwie kompensacyjnym przewidzieć odpowiedni naddatek umożliwiający, nawet przy najmniej korzystnym zbiegu odchyłek wymiarów składowych. dokonanie odpowiedniej obróbki. Jest to tzw. kompensacja technologiczna. Do wad montażu z indywidualnym dopasowywaniem, stosowanym w produkcji małoseryjnej i jednostkowej, należy zaliczyć jego dużą pracochłonność oraz konieczność zatrudnienia pracowników o wysokich kwalifikacjach. M o n t a ż z z a s t o s o w a n i e m s e 1 e k c j i jest stosowany w tych wszystkich przypadkach, gdy wymagana dokładność wykonania części składowych zespotu jest tectulicznie nieosiągalna lub ekonomicznie nieopłacalna przy danym wyposażeniu warsztatu. Montaż ten odnosi się zwykle do pasowań wałka z otworem w tulei lub

286

XI. Technologia

montażu

tarczy. Wymagane pole tolerancji np. w klasie 7 powiększa się do pola tolerancji takiej klasy, której wykonanie nie nastręcza żadnych trudności. Następnie założoną tolerancję dzieli się na grupy selekcyjne. Montowanie wyrobów następuje z części należących do grup selekcyjnych. Liczba grup selekcyjnych zależy od stosunku zakresu ekonomicznie osiągalnej dokładności obróbki do zakresu dokładności wymaganej w montażu. Na rysunku XI-4 pola tolerancji wałka i otworu podzielono na 4 części i otrzymano w ten sposób 4 grupy selekcyjne. Montaż otworów i wałków przeprowadza się w odpowiednich grupach selekcyjnych. Montaż z zastosowaniem selekcji wymaga zatem przeprowadzenia odpowiednich pomiarów i oznakowania części określającej ich przynależność do odpowiedniej grupy selekcyjnej.

0___.___.__~11~:

- o 4

3

i.}

2 1

T0

-

Rys. XI-4. Podzial na grupy selekcyjne tolerancja otworu, T., - tolerancja walka

. , 2. MONTAZ POŁĄCZEN I ROZŁĄCZNYCH Połączenia, nierozłączne

i

jakie

NIEROZŁĄCZNYCH

występują

rozłączne

w technologii (rys. XI-5).

montażu, można podzielić

na

połączenia

a. MONTAŻ POŁĄCZEŃ NIEROZŁĄCZNYCH Połączeniami nierozłącznymi będą

takie, które w okresie eksploatacji nie będą rozdzielane i których rozdzielenie w razie konieczności powoduje zwykle uszkodzenie jednej lub kilku części bądź wymaga użycia dużych sił (np. połączenie wtłaczane) . Do połączeń nierozłącznych zalicza się połączenia spajane, nitowane, skurczowe oraz połączenia uzyskane przez obróbkę plastyczną. Połączeni a sp aj a n e występują w technologii montażu bardzo często. Dotyczy to zwłaszcza konstrukcji zaprojektowanych z blach. Spośród połączeń spajanych najczęściej , jeszcze do dzisiaj, technolog przewiduje połączenia spawane (elektrycznie lub gazowo). Może to być także zgrzewanie.

2.

Montaż połączeń nierozłącznych

i

rozłącznych

287

POl.ĄCZENIA

nteroztqczne

rozłączne

spoione

ksztotttN/e

spawane

kh nowe

lutowane

wpuslowe

klejone

wielowypustowe

nitowane

gwintowe

skurczowe

sworzniowe 1 kotkowe

uzyskone przez obróbkę

plo

wttaczone

cznq

Rys. XI-5.

Podział połączeń

Lutowanie jest procesem, który stosuje się zwłaszcza w przemyśle elektronicznym. Proces ten ma istotną zaletę w stosunku do spawania czy zgrzewania: jest nią niska temperatura lutowania, co ma duży wpływ na wybór tej metody przez konstruktora. Trzecią odmianą spajania jest klejenie. Proces ten nabrał ogromnego znaczenia, a to dzięki produkowaniu różnych rodzajów żywic syntetycznych. Znajduje ono zastosowanie głównie w przemysłach: Lotniczym, samochodowym i elektrotechnicznym. Połączeni a n i to w a n e zostały wyparte przez spajanie. Te pierwsze znajdują jeszcze dzisiaj zastosowanie w konstrukcjach stalowych, w których unika się niepożąda­ nego nagrzewania łączonych części. Niekiedy stosuje się nitowanie w konstrukcjach wykonanych z materialów trudno spawalnych. Nitowanie wymaga dodatkowej operacji wykonania otworów. Otwory te przebija się albo wierci lub wierci i rozwierca. W procesie nitowania najczęściej stosowane jest specjalne oprzyrządowanie. Po ł ą cze n i a s k u r cz o we są stosowane w tych wszystkich przypadkach, w których wymagana jest pewność przeniesienia dużych obciążeń. Połączenia takie mogą być wykonane w temperaturze otoczenia, poprzez nagrzewanie części obejmującej lub chłodzenie części obejmowanej (czopa), lub zarówno przez nagrzewanie i oziębianie jednej i drugiej części. Wytrzymałość połączeń wtłaczanych z nagrzewaniem jest blisko dwukrotnie więk~ sza niż połączeń wtłaczanych na zimno. Wynika to z faktu, że przy takim połączeniu nie następuje ścinanie mikronierówności, jak przy połączeniach wtłaczanych na zimno.

288

XI. Technologia

montażu

tylko mikronierówności te jak gdyby ulegają szczepieniu. Dodatkową zaletę stanowi fakt, że nie wymagane jest wówczas stosowanie pras o bardzo dużych naciskach. Nagrzewanie części można wykonać w oleju lub piecach elektrycznych z regulowaną temperaturą. Większe elementy nagrzewa się na stanowisku montażowym prądami wysokiej częstotliwości. Ochładzanie części w zależności od temperatury jaką ma się uzyskać przeprowadza się w suchym lodzie (-75°C), schłodzonym spirytusie (-100°C) lub w skroplonym powietrzu albo azocie (od -180° do -190°C). Schemat połączenia skurczowego pokazano na rys. XI-6.

d

0,5~

o

Rys. XI-6. Schemat połączenia skurczowego 1 - czop, 2 - otwór, LI - wartość skurczu Połą c

ze n i e u z y s ka n e p r z ez o br 6 b kę p I as ty cz n ą otrzymuje się plastyczne jednego z elementów. Może to być rozszerzenie części obejmowanej (rys. Xl- 7a) lub zaciśnięcie części obejmującej (rys . XI-7b) bądź też zagięcie lub wywinięcie przez wywarcie nacisku na powierzchnię czołową (rys. Xf-7c). Wykonanie tego typu połączenia związane jest z reguły z odpowiednim oprzyrządowaniem. Na rysunku XI-8 pokazano głowicę rolkową do zawalcowania gniazda zaworu. przez

al

odkształcenie

cl

~ Rys. Xl-7 . Połączenie uzyskane na drodze obróbki plastycznej: a) zaciśnięcie części obejmującej , b) rozszerzenie części obejmowanej, c) wywarcie nacisku na powierzcbme płaskie

~ ~ ~ ~ ~ 2_._M_o_n_taz_·_p_o_lą_c_ze_ń_n_ie_r_oz_ł_ąc_z_ny_c_h_i_r_oz_ł_ąc_z_ny_c_h~~~~~~~~-2-8_9 f

I I a)

b)

Rys. XI-8. Głowica rolkowa do zawalcowania gniazda zaworu: a) położenie głowicy przed rozpoczęciem procesu walcowania, b) położenie głowicy po zakończeniu procesu walcowania I - gniazdo zaworu, 2 - korpus. 3 - rolki walcujące

b. MONTAŻ POŁĄCZEŃ ROZŁĄCZNYCH Połączenia rozłączne

(rys. Xl-5) można podzielić na: kształtowe, gwintowe. sworzoraz wtłaczane. Połączenia te są powszechnie stosowane. Połą c ze n i a k s z ta ł to w e obejmują połączenia klinowe, wpustowe oraz wielowypustowe. Większa dokładność ustalania części przez połączenie wielowypustowe oraz zw iększona ich wytrzymałość (w porównaniu z połączeniem wpustowym) sprawiają, że połączenia te znajdują coraz większe zastosowanie. Montaż połączeń kształtowych nie nastręcza większych trudności. Jedynie osadzenie wpustu wymaga wcisku i powinno być przeprowadzane na prasie. Po I ą cze n i a gwintowe występują bardzo licznie w każdej maszynie i urzą.­ dzeniu. Służą one do unieruchomienia łączonych części (gwinty o zarysie trójkątnym) oraz do wzajemnego przemieszczania jednej części (zespołu) względem drugiej (gwinty o zarysie trapezowym, okrągłym i prostokątnym). niowe i

kołkowe

~~-$,~~~1

W'~~jL.J,J,fST Rys. X.1-9.

Kolejność dokręcania nakrętek metodą

spirali

290

XI. Technologia

montażu

b)

a)

Rys. XI-10.

Wkręcanie śrub

dwustronnych: a) za

pomocą

dwóch

nakrętek,

b) za

Rys. Xl-11. Ustalenie pryzmy za

pomocą

pomocą

specjalnej oprawki

dwóch

kołków

ustala-

jących

pomocą śrub można wyodrębnić trzy fazy. Są to: i dociąganie. Szczególną uwagę należy zwrócić na ostatnią fazę. Ważny jest tutaj nie tylko dobór odpowiedniego momentu obrotowego przy dociąganiu śruby lub nakrętki, lecz również równomierność tego zabiegu i przestrzeganie określonej kolejności. Na rysunku Xl-9 przedstawiono kolejność dokręcania nakrętek tzw. metodą spirali. Śruby dwustronne wkręca się przy użyciu dwóch nakrętek nakręconych na swobodny koniec śruby (rys. Xl-lOa) lub za pomocą specjalnej oprawki (rys. XI-IOb).

Podczas

wkręcenie,

montażu części

za

wstępne dokręcenie

2.

Montaż połączeń nierozłącznych

291

i rozh\cznych

Po ł ą c ze n i a s w o r z n i o w e i k o ł k o w e do wzajemnego ustalania dwóch lub więcej połączenia przenoszące siły i momenty (rys. XI-12). służących

mogą spełniać

części

rolę połączeń

(rys. XI- I I)

F

Rys. XI-12.

Połączenie

jako

F

sworzniowe

a)

Rys. XJ-13. Fazy

bądź

wtłaczania

b)

c)

sworznia w otwór: a) zorientowanie

Rolę połączeń ustalających mogą spełniać kołki

części ,

b) wprowadzenie. c)

wtłaczanie

walcowe lub stożkowe. Ustalenie dwóch części za pomocą kolków wymaga przy montażu wiercenia otworów, rozwiercenia ich i kołkowania. W wielu przypadkach jest to kłopotliwe, ale tylko taka technologia jest poprawna. Połącz en ie wtłaczane wykonuje się w trzech fazach: orientowanie części względem siebie, wprowadzenie jednej części w drugą i wtłaczanie. Dla właściwego wprowadzenia jednej części w drugą powinno się zaprojektować w części obejmowanej stożek o kącie 10+15°, w części zaś obejmującej fazy pod kątem 45° (rys. Xl-13). Wtłaczanie przeprowadza się na wszelkiego typu prasach. Wartość siły wcisku wynika z zaprojektowanego pasowania. Przy wtłaczaniu występują odkształcenia sprężyste lub sprężysto-plastyczne. W celu zabezpieczenia powierzchni przed zatarciem, zwłaszcza przy dużych wciskach, powinno s ię stosować smary. Mogą to być smary płynne (oleje),

292

XI. Technologia

montażu

Rys. XJ-14. Trzpień zapewniaj<1cy współosiowe wpro-

wadzenie tulejki w otwór

stałe, jak dwusiarczek moJibdenu MoS 2 lub talle Smary te zmniejszają wartość wspólczynnika tarcia, a przez to siłę wtłaczania. Aby uzyskać odpowiednie wprowadzenie współosiowe wtłaczanej części (rys. XlJ4 ), stosuje się z reguły odpowiednie oprzyrządowanie. Jest ono zwykle bardzo proste.

3. AUTOMATYZACJA MONTAŻU Automatyzacja obróbki ubytkowej sprawiła, że pracochłonność montażu w stosunku do pracochłonności całego wyrobu jest bardzo duża i ocenia się ją na 50+60%. Ten fakt powoduje, że coraz większą wagę przypisuje się automatyzacji montażu. W większości przypadków montaż taki dotyczy tylko niektórych operacji lub prostych zespołów s.l
3. Automatyzacja

293

montażu

2

Rys. XJ-15. Manipulator NM-3M produkcji Tekomy I - zespól przemieszczeń kątowych, 2 - zespół przemieszczeń liniowych, 3 wysięgnik, 4 chwytak, 5 - przyłącze elektryczne. 6 - przyłącze pneumatyczne

Rys. XI- 17. Stół obrotowo-podziałowy z napędem pneumatycznym

Rys. XI-16. Podajnik wibracyjny 1 - zasobnik. 2 - wibrator

770

294

I -

3-

XJ. Technologia

montażu

Rys. Xl-18. Sranowisko automatycznego montazu gniazdJ koncentrycznego zamocowanie dwóch kołpaków w uchwycie montażowym. 2 - nlllożenie korpusu na 1.ołpali.i. nałożenie końcówki masy, 4 - wstępne zagięcie o kąl ok. 30 , 5 - dogięcie kołpaków, 6 - wciśnięcie styku krótkiego, 7 - wciśnięcie styku dtugiego, 8 - 1djecie zmontowanego wyrobu 26

2

1-

korpw„ 2 -

Rys. XJ-19. Zespól gniazda koncenrrycznego kołpak, 3 - styk krótki, 4 - styk t.lług1, 5 -

masy

automatycznego manta.lu są: układy kołowe i liniowe. ze slołu obrotowo-podziałowego z uchwytami, do których są doprowadzane kolejno montowane części. Na rysunku XI-18 przedstawiono układ kołowy do montażu zespołu gniazda koncentrycznego (rys. XI-19) składającego się z 5 części. Na stole obrotowo-podziałowym ustalonych jest 8 uchwytów. Montaż Typowymi

układami

końcówka

Układ kołowy składa się

4. Formy organizacyjne

1

I \

montażu

295

odbywa się na 7 stanowiskach, zaś 8 stanowisko słui.y do zdjęcia montowanego wyrobu. Poszczególne części są podawane do uchwytów z podajników wibracyjnych. Układ liniowy może się. składać z dowolnej liczby stanowisk i jest stosowany przede wszystkim do montażu zespołów o bardziej złożonej konstrukcji i większej liczbie części.

4. FORMY ORGANIZACYJNE MONTAŻU Organizacja montażu zal eży przede wszyslk.im od wielkości produkcji oraz rodzaju wytwarzanych wyrobów. W ogólnym przypadku rozróżnia się następujące podstawowe fonny montażu: stacjonarny i potokowy.

a. MONTAŻ STACJONARNY Montaż stacjonarny jest dokonywany na jednym stanowisku bez przemieszczania montowanego wyrobu Uednostki montażowej). Wszyslk.ie potrzebne elementy, podzespoty i zespoły są dostarczane w wymaganej liczbie na stanowisko robocze. Istnieją dwie odmiany montażu stacjonarnego. Odmiana pierwsza charakteryzująca się tzw. zasadą koncentracji operacji, polega na tym, że operację montażu, zwykle składającą się z licznych zabiegów i czynności. wykonuje jedna brygada na stanowisku montażowym. Montaż taki, zwany równie.l jednobrygadowym, stosuje się w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, przede wszystkim do maszyn i urządzeń ciężkich. Odmiana druga, charak'teryzująca się tzw. zasadą różnicowania operacji, polega na tym, że montaż podzespołów i zespołów wykonuje kilka brygad równocześnie, a montaż ogólny - oddzielna brygada. Ta odmiana montażu występuje głównie w produkcji seryjnej.

b. MONTAŻ POTOKOWY Montaż potokowy (zwany także przepływowym), stosowany w produkcji wielkoseryjnej i masowej, jest najbardziej racjonalną formą organizacji procesu montażowego. Jest on podzielony na wiele operacji, z których każda jest wykonywana na odrębnym stanowisku przez jednego lub kilku pracowników, po czym podzespół, zespół lub wyrób jest przenoszony na następne stanowisko według opracowanego procesu technologicznego. Stanowiska pracy rozlokowane stacjonarnie wzdłuż przenośnika umożliwiają wykonywanie na montowanych jednostkach ściśle określonych powtarzalnych czynności. Rozróżnia się następujące odmiany montażu potokowego: skoncentrowany i zró.lnicowany. Montaż potokowy skoncentrowany jest stosowany wtedy. gdy do zmontowania wyrobu finalnego wystarczy tylko jedna linia potokowa. Ma on zastosowanie przy wyrobach małych o prostej konstrukcji. Montaż potokowy zróżnicowany jest stosowany wtedy. gdy do zmontowania wyrobu finalnego jest konieczne zastosowanie kilku linii potokowych. Przykładem może być wyrób wymagający oddzielnego montażu kilku zespołów, w których następnie jest

296

XI. Technologia

montażu

składany

wyrób końcowy. W takich przypadkach każdy zespół jest montowany na linii potokowej. Zmontowane zespoły są dostarczane na odpowiednie stanowiska linii potokowej ostatecznego montażu wyrobu. Dość często spotykaną formą montażu potokowego zróżnicowanego jest odmiana kombinowana. Jest to tzw. montaż stacjonarno-potokowy zróżnicowany. Polega on na tym, że niektóre zespoły montowane są stacjonarnie, pozostałe zaś potokowo. Taki montaż stosuje się w produkcji mało- i średnioseryjnej oraz przy wyrobach o stosunkowo dużej masie. Przemieszczame przedmiotów za pomocą przenośników rolkowych lub wózków może być realizowane przez montera. Ta forma montażu potokowego odznacza się odrębnej

rnepełną synchronizacją. Montaż potokowy przymusowy występuje wówczas, gdy ruch przenośnika (taśmy), a tym samym montowanej na nim jednostki, odbywa się za pomocą mechanicznych urządzeń napędowych. Ta forma montażu odznacza się pełną synchrornzacją pracy na stanowiskach montażowych wzdłuż linii potokowej. Montaż potokowy okresowy (taktowy) występuje wówczas, gdy przesuw przenoś­ nika (taśmy) dokonywany jest w sposób przymusowy w równych odstępach czasu. W celu zapewnienia prawidłowego przebiegu takiego montażu muszą być zachowane następujące warunki: - podział na operacje wykonywane na poszczególnych stanowiskach musi być zgodny z kolejnością procesu technologicznego montażu; - synchronizacja i rytmiczność pracy muszą być zgodne z harmonogramem na wszystkich stanowiskach montażowych; - montaż podzespołów i zespołów na wszystkich bocznych liniach i przyległych stanowiskach, obsługujących montaż ruchowy, musi być synchronizowany z główną linią montażową.

Najczęstszą formą montażu potokowego jest montaż indywidualny. Na taśmie jest montowany tylko jeden wyrób. Taki montaż jest stosowany w produkcji wielkoseryjnej i masowej. Biorąc pod uwagę. że dominującą produkcją jest produkcja seryjna, w pewnej analogii do elastycznych systemów produkcyjnych, projektuje się również elastyczny montaż potokowy. W linii takiej montuje się wyroby podobne, produkowane seryjnie. Urządzenie przenośnika (taśmy) oraz wyposażenie stanowisk mają charakter uniwersalny pozwalający na szybkie przezbrojenie taśmy. Jest to jedna z podstawowych fonn montażu potokowego stosowanego do produkcji seryjnej i małoseryjnej.

5. OPRACOWANIE PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH MONTAŻU Proces technologiczny montażu stanowi zamkniętą całość. Jego opracowywanie jest podobne do opracowania procesu technologicznego obróbki. Głównym czynnikiem wpływającym na opracowanie technologii montażu jest wielkość produkcji.

Nazwa

PLAN OPERACYJNY

zakładu

Znak

materiału

Postać

Wym. mat.

materiału

wyjść.

Cecha wyrobu WD650 Masa mat. wyj. (kg)

Nazwa

częś<-;

Nr

Montat. -;;espohl dw11s10p11iowej pr..ekładni zębatej Wytrzym. tward.

wo

Ilość szt. w wyrobie

Wielk. serii

1

200

części

650-00

Arkusz 1 Ilość

czas. min

Nr oper.

Treść

operacji

1

Montaż zespołu

wcilka I wg instrukcji nr 02

2

Mollfai. zespołu

wałka

3

Momai zespoh1

wałka 111

4

Kontrola jakości

Uwaga: Kontrola

ll wg i11s1rukcji nr 03 wg instrnktji nr 04

Wydział

Stanowil>ko

Mem tai.u

tP<

11

Gniazdo I

10.-

22.-

Mon1a:.u

Gniazdo Il

10.-

35.-

Montaiu

Gnia<.do Ili

JO.-

26,-

międzyoperacyjna

winna wykonania poszc::ególnej operacji z dokumenlacją ko11s1r11kcyjnq i technologiczną sprawdzać zgodność

Opracował

Sprawdził

Rys. Xl-20. Karta technologiczna montażu zespołów

ark. I

298

XI. Technologia montai.u

W produkcji jednostkowej prostego wyrobu montaż może nie wymagać szczególnego opracowania i może być wykonany na podstawie rysunku zestawieniowego. Natomjast dla produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej powinna być opracowana dokumentacja technologiczna montażowa tym szczegółowsza. im większa jest produkcja. Cel opracowania technologii montażu można ująć następująco: - ustalenie najbardziej racjonalnej kolejności montażu, - ustalenie sposobów montażu podzespołów, zespołów i całego wyrobu, - ustalenie koniecznego oprzyrządowania wraz z opracowaniem jego konstrukcji. Proces technologiczny montażu dzieli się, podobnie jak proces technologiczny obróbki, na operacje i zabiegi. Dokumentacja technologiczna montażu składa się z karty technologicznej, zawierającej podział procesu na operacje, oraz instrukcji montażowych opracowanych dla poszczególnych operacji. Jeżeli w zakresie obróbki skrawaniem wzory formularzy ułatwiających opracowanie dokumentacji technologicznej są już w pewnej mierze ujednolicone, a nawet znormalizowane, to w zakresie technologii montażu różnorodność ich jest bardzo duża. Prawie każdy zakład stosuje własny wzór. Wynika to stąd, że technologia montażu nie była w ogóle doceniana, często jej nawet nie opracowywano.

Rys. Xl-21.

Zespół

walka (oznaczerua jak na rys. Xl-22)

Montaż wyrobów większych i bardziej złożonych prowadzi się oddzielnie w rozbiciu na poszczególne podzespoły i zespoły, z których montuje się wyrób końcowy. Na rysunku XI-20 przedstawiono kartę technologiczną montażu zespołów. Jak wynika z tej karty, dla poszczególnych operacji są opracowane instrukcje montażowe. Operacja trzecia przewiduje montaż zespołu wałka wolnobieżnego (rys. XI-21). Dla operacji tej jest opracowana instrukcja montażowa (rys. XI-22) i jako jej uzupelnienie - schemat montażu (rys. XI-23). Schemat ten zastępuje niejako opracowanie rysunkowe montażu, które byłoby bardzo pracochłonne. Ze schematu wynika jasno, 7. jakich części składa się dany zespół, jakie należą do części wykonywanych, jakie do normalnych i jakie są ich wzajemne powiązania.

l

Nazwa zakladu Dział

wykonuj.

Nr operacji

Mo11to:t

3

INSTRUKCJA MONTAŻOWA Nr 04 Nazwa operacji Mo11tai

wałka

wo/11obie;:.11ego

Nazwa zespołu (podzespołu) Zespól nr 3 walka wolnobieinego

I

U. ark.

WD 650

2

zł I pz

Grupa

tP<

t,

V

JO.-

26.-

opis Dopasować i ~ało:!.yć wpust po~. 7 do \\'alka wolnobie::,nego po~. 5

skrawające

pomocnicze

RPSa nr 2

RMSa 0,5 kg

zł

pomiarowe

Jednostkowa norma czasowa t~ w min

7.ałot.yć koło zębate

poz. I na pły1ę maszy1wwq

3

7.ałot.yć wałek

4

li1/oiyć

5

Odwrócić wałek

1.-

6

li1łozyć na wałek tuleję dysiansowq po-:;. 35 i pierścień dy.warzsowy po~. 36

2,-

nr 22230 na

Uwagi

2.-

do kola zębaiego i wprasować

wprasować loiy.~ko

Symbol zesp.

5.-

2

i

tJ

Nr ark. 1

0.30

Narzędzia

Czynności

Lp.

I

Symbol wyrobu

3.-

wałek

t11leja ~ dnem

7

7.ało:tyc'

i wprasowa'' łożysko po~. 22230 na wałek

8

Odłożyć

:amocowany zespół

9

Kontrola jakości

6.-

podkładka

6,-

1.-

Razem

Opracował:

Data Podpis Rys. Xl-22. Instrukcja

montażowa

do operacji 3

= 26 min

1

1

Sprawdził:

Zatwierdzil:

300

XI. Technologia Symbol wyrobu WD 650

Symbol 03

operacji

Nr

Schemat montażu zespołu Nr 3 walka wolnobieżnego

zespołu

Część Treść

montażu

Il. szt.

Części

rysunkowa

Nazwa

części

operacji 3

Nr rys.

n. szt.

normalne

Nazwa części i nr normy

Wymiar

Montai walka wolnobieżnego

instrukcji nr 04

wg

Wałek wolnobieżny

05

.__........

1--1-...---i

2

Łożysko baryłkowe

SKF

22230

~~~~-'-~~~

Opracował

I

Kolo

zębate

03

1

Tuleja dystansowa

22

Tuleja dystansowa

23

Nazwa

zakładu

Wpust wg PN/M. 85044 36x20x/50

Sprawdzi I

Rys. XJ-23. Schemat montażu do operacji 3

5. Opracowanie procesów technologicznych

301

montażu

.A

- - - - -- - -----1360--- - - - - - -Rys. XI-24. Dwustopniowa przekladnia

zębata

-

rysunek zestawieniowy

KARTA TECHNOLOGICZNA

Nazwa zakładu

Znak

materiału

Nazwa

Cecha wyrobu WD650

MONTAŻU Postać

Wym. mai.

Masa mat.

materi:i.tu

wyjść.

"'yj. (kg)

części

Nr części WD 650-00

Dwustopniowa pr..ek/ad11ia zębata Wytrzym. lWard.

Ilość

Szt.

Wielk.

w wyrobie

Arkusz 1

~erii

Ilość

200

J

Czas, min

Nr oper.

Treść

Wydział

operacji

Stanowisko

I

I'~

1

Pr..ygotowanie korpusu poz. 34 i pokryy.y po::. 5 do moniaiu wg insm1kcji nr OJ

Monta::_

- ::espo/11 nr 01 wg instrukcji 05

Mofl(ai.

zespołi1

2

Montaż wałka szybkobie~iego

3

Mo11tat.

4

Mo111at walko wol11obie:,ne,r:o -

5

Pr..eglqd wałk6w i wg i11s1r11kcji 08

6 7

ark. I

Montaż

wałka pośredniego

-

kół ::ębatych

11r 02 wg instrukcji 06

:;espoł11

11r 03 wg ins1rukcji 07

omz regulacja lu::6w w

1,

8

26

JO

58,75

Mo11tai

JO

58.75

Momat.

10

58.75

Mon tai

JO

58,75

IO

58.75

Morna::.

JO

58.75

Mo11tai

10

58.75

15

35

8

22

Przygotowalnia

-

przekładni

korpusu po::. 34 :: pokrywą poz. 50 wg i11strukcji 09

Taśma

mo11tat.owa

Napełnienie prz1i/..ład11i

oraz

dlł'óch

olejem, ::ało:!,enie oJejowskazu, pier.frie11i Simera wp11s1ów poz. 6 i 27 wg instrnkcji nr JO

Muntat.

8

Montaż

9

Lakierowanie

pokrywy rewizyjnej i tabJic::ki znamionowej wg insrn1kcji 11r 11 uwnęrrvzej całej

JO

Pr~ygotowanie pr~ekłudni

Il

Kontrola jakości wg WTO

Opracował

I !

do

pr:;ekladni ll'g i11s1r11kcji JL-1

wysyłki

wg instmkcji 1rr 12

M0111a: Moma::_

Sprawdzil

Kabina I

Montaż

S1. kom roli

I I

Rys. XI-25. Karta technologiczna

monlażU

przektadn1 LebareJ

!

Symbol wyrobu WD 650

Nr oper.

J

Treść

SCHEMAT MONTAŻU PRZEKŁADNI ZĘBATEJ WD 650 Części

Zespoły

operacji

Il. szt. I

Przygotowanie korpusu i pok1y11'.\' do mollta.;'.u wg instmkcji Ol

~

J

--H

'Zespól Nr I

2

Montaż wałka pośred-

niego wg instrukr)i 06

3

--H

'Z.espół

Nr 2

Nazwa

części

1

Nr rys.

I

I

Korpus

I

OJ

I

1

I

Pokrywka

I

02

I

l

Ol

l

-1

16

l

Czynności

Monrai wałka szybkobie:f.nego wg instrukcji 05

Części

rysunkowe Il. szt.

Nazwa

1

I

Korpus

H

2

I

Pok1ywa

wału

sz;ybko/1.

-I 15 l

H II

Tuleja dysransowa 0120

H II

Podkładka

H I I

Pok1ywa ;: gwintem

I

I 12 l

dociskowa

I 11 I 14

I

L-f

I

I

Korek

I- rl

I

I

Pokrywa

wału pośred.

I

19

I

H

1

I

Pokrywa

~

gwintem

I

01

I

H

2

I

Podkładka

dociskowa

I 06 l

1

I

Korek

I os I

Rys. XJ-26. Schemat montażu przekładni zębatej dla procesu z rys. Xl-24, arkusz 1; cd. rys. na s. nast.

i

Arkus:z:y 2

normalne

części

wykonywane w takcie

I- ri

Ar\..u~z

j

Nonna

Wymiar

Montaż wałka

wolnobieinego wg instrukcji 07

._H

Zespół

Nr 3

~ rł I

I

Pokrywa

wału

wo/11ob.

H I I

Pokryll'a walu wo/nob.

H II

Podkładka us~czelniaj.

Y

Iu I I

04

I

l

30 l

4

Przegląd wałków

i kół oraz reg11/acja luzów w pr:.ekładni wg instn1kcji 08

1

I

KorekMJ6xl.5

I 27 I

2

I

Blacha zabezpiec4ająca

I

~:

11

zębatych

5

Montai korpusu rys. nr I z pokrywą rys. nr 2 wg instrukcji 09

I

I

I

Pokrywa

I 02

I

6

7

Napełnienie przekld. olejem. zal. olejowsktJ. pierśc. Simera oraz 2 wpustów poz. 27 i 6 wg insrrnkcji nr JO

r 1

I

II I

Korek wska&1ika oleju

I

Bagnecik po;:iom11 oleju

I 26 I

29

I

Śmba

PN/ M-82105

M6xl5

Podkladka sprężysta PN/ M-82008 06.5

2 Kolek stoż.

PN/ M-85020

0JOx50

I

I I

H 2

Śruba

PN/ M-82101

M024x80I

H2

Śruba

PN/ M-82101

M024x80I

H4

Śruba

PN/ M-82101

M024xl60I

H 2 Śruba

PN/ M-82101

M024x80I

H2 H 12

PN/ M-82/01

M024xl60I

Nakrętka

PN/ M-82143

M24

12

Podkład.

I

Pierście1i

Simera

0180/ 15ox15

I

Pierście1i

Simera

090/ 65xf3

I

WDUSI

PN/ M-85041

!6xJOxIOOI

I

W nu.ft

PN/M-85044

J6x28x/90

I

-;

Śruba

Rys. Xf-26 c
spr.

PN/ M-82008

026

I I I I I

Symbol wyrobu WD 650 Treść

Nr oper.

8

I

operacji

SCHEMAT MONTAŻU PRZEKŁADNI ZĘBATEJ WD 650 Części

Zespoły

Il. Mocowanie tabliczki znamionowej i mo111at pokrywy rewizyjnej wg instrukcji nr I I

I

SZL.

I

II

I

9

części

I Nr rys.

Tabliczka vuimionowa

31

I

Pokrywa rewizyjna

28

I

Czyrmości

I Części

ry&unkowe

Nazwa

Nazwa

Il. szt

G:

Nit NKz Sruba

wykonywane po takcie

Lakierowanie przekładni wg instrukcji nr ILI

Przygotowanie przedo wysyłki wg instrukcji I 2

10

kładni

Jj

Odbiór kontroli jakości wg WTO

Opracował

Nazwa

zakładu

Arkusz 2 Arkuszy 2

Sprawdził

Rys. Xl-26 cd. Schemat montażu przekładni zębaLej dla procesu z rys. Xl-25, arkusz 2

normalne

części

Norma

PN/M-82904 PN/M-82105

Wymiar 02xl2

MJOx20

I I

INSTRUKCJA MONTAŻOWA Nr 07

Nazwa

I

zakładu Dział

wykonujący

Nr operacji

Mon tai

4

Dtt•usropniowa przekładnia ::.ębara Nazwa zespołu (podzespołu)

Nazwa operacji

Grupa

Momai wałka wolnobieżnego - zespołu nr 03

VI

I 2 3

skrawające

opis Powlec powierzchnię pod pokrywkę poz. 3 w korpusie emalią nitro 'Załoiyć

pokry11-ę

wg rys. na poz. 3

zesp6ł

walko

1)

P'

10,-

zJ

5

Powlec powierzchnię pod pokrywę poz. 37 w korpusie emalią nitro

8

Symbol zesp.

pomocnicze

pomiarowe

Jednostkowa norma czasowa r„ w min

pędzel

Uwagi

4

21

Zako11senvować łotyska

Wkręcić

t1

do korpusu

4

Załotyc' pokrywę

1

zł

1p:

wg przełoienia i układu

7

Nr ark.

1

wolnobieżnego

Załoiyć zespół wałka wolnobieżnego

6

Il. ark.

58.75

Narzędzia

Czynności

Lp.

I

I

Symbol wyrobu WD650

smarem TDM

łopatko

4

pęd::.el

4

poz. 37 do korpusu

5

wg rys. w dolnej części korpusu korek poz. 40, podkładając uprzednio uszc;;elkę poz. 41

10

Kontrola jakości

Razem

Opracował

Data Podpis Ry... XI-27. lnst:ni.kcja moatu.:towa do nperatji 4

t~

Sprawdził

=51

min

Zatwierdził

5. Opracowanie procesów technologicznych

montażu

307

Proces technologiczny montażu całej przekładni (rys. Xl-24), w którym operuje s ię zmontowanymi zespołami, jest podany na rys. IX-25. Dla całego procesu jest opracowany schemat montażu (rys. XI-26), w odróżnieniu od poprzedniego rozwiązania. gdzie był on wykonywany dla poszczególnych operacji. Wynika to stąd, że w poprzednim procesie każda z operacji dotyczyła oddzielnego zespołu. Ze schematu montażu wynika, co w danej operacji jest wykonywane i jak.ie części są ze sobą powiązane. Ponadto, tak jak poprzednio, dla poszczególnych operacji są opracowywane instrukcje montażowe. Przykładowo, na rysunku Xl-27 przedstawiono instrukcję montażową do operacji 4, dotyczącej montażu zespołu wałka (rys. XI-21 ).

już

Rozdział

XII _,

AUTOMATYZACJA PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH

W przemyśle maszynowym podstawowym celem wprowadzenia automatyzacji procesów technologicznych jest minimalizacja pracochłonności, a tym samym zwiększenie wydajności, które można uzyskać przez mechanizację lub automatyzację określonych czynności, całej operacji. wybranych operacji lub całego procesu. Mechanizacja, obok głównego celu jakim jest zwiększenie wydajności, ma również za zadanie zmniejszenie wysiłku pracownika lub całkowite wyeliminowanie tego wysiłku. Automatyzacja natomiast, obok celów jakie spełnia mechanizacja, zmniejsza również wysiłek umysłowy i umożliwia w czasie i przestrzeni oddzielenie pracy człowieka i maszyny, eliminując prawie całkowicie pracę bezpośrednią. Rozpatrując proces technologiczny operacji wykonywanej na obrabiarce konwencjonalnej, można wyróżnić następujące czynności mające wpływ na czas jej trwania: (1) Przygotowanie stanowiska pracy, w zakres którego wchodzą: - oprzyrządowanie wrzeciona obrabiarki (założenie uchwytu), - uzbrojenie imaka narzędziowego lub głowicy narzędziowej, - nastawienie odpowiednich parametrów obróbki, - założenie materiałów (w przypadku obróbki z pręta). (2) Pobranie półfabrykatu lub półwyrobu i włożenie go do uchwytu. (3) Ustalenie i zamocowanie półfabrykatu lub półwyrobu. (4) Włączenie obrotów. (5) Dosunięcie narzędzia. (6) Włączenie posuwu. (7) Obróbka skrawaniem. (8) Wyłączenie posuwu. (9) Odsunięcie narzędzia. (10) Powtórzenie cyklu czynności od (5)+(9) do momentu zrealizowania zadania obróbkowego z wykorzystaniem jednego lub kilku narzędzi. (Il) Wyłączenie obrotów. ( 12) Kontrola jakości części obrabianej lub obrobionej. ( 13) Odmocowanie przedmiotu. (14) Wyjęcie i odłożenie obrobionej części. ( 15) Powtórzenie czynności (2) i (l 4 ).

I. Minimalizacja

i t

II I

pracochłonności

309

(16) Usunięcie wiórów i odpadów. (17) Rozbrojenie stanowiska roboczego i oddanie pomocy warsztatowych. Wymienione czynności wg elementów czasu pracy można grupować następująco: czynności (I) i ( l 7) wchodzą w zakres czasu przygotowawczo-zakończeniowego, czynności (2)+(6), (8)+(15) stanowią czas pomocniczy, czynność (7) stanowi czas główny i czynność ( 16) wchodzi do czasu obsługi. Mechanizację i automatyzację procesów technologicznych z punktu widzenia zmniejszenia czasu jednostkowego można zatem rozpatrywać pod kątem zmniejszenfa czasu trwania poszczególnych czynności. Obok głównego celu, jakim jest minimalizacja pracochlonności, mechanizacja i automatyzacja mają jeszcze dodatkowe cele, do których należy zaliczyć: minimalizację braków i ewentualnych poprawek oraz uzyskanie właściwej jakości.

„

1. MINIMALIZACJA

PRACOCHŁONNOSCI

Minimalizacja pracochłonności zostanie rozpatrzona pod kątem zmniejszenia czasów do wykonania poszczególnych czynności. Najbardziej liczne czynności wpływają na czas pomocniczy i one zostaną rozpatrzone w pierwszej kolejności. niezbędnych

a. MINIMALIZACJA CZASÓW POMOCNICZYCH Czynności wchodzące w zakres czasów pomocniczych można podzielić na odpowiednie grupy. Do pierwszej grupy zalicza się takie czynności, jak dosunięcie narzędzia, włączenie posuwu, wyłączenie posuwu, odsunięcie narzędzia, zmiana narzędzia. Druga grupa czynności będzie związana z ustaleniem i zamocowaniem przedmiotu: pobranie przedmiotu, jego zamocowanie, odroocowanie, wyjęcie z uchwytu i odłożenie. Trzecia grupa czynności jest związana z kontrolą jakości części obrabianej lub obrobionej. C z y n n o ś c i s t a n o w i ą c e p i er w s z ą g r u p ę są ściśle związane z obrabiarką. Pierwszymi obrabiarkami, które pozwoliły na zmechanizowanie tych czynności były automaty tokarskie sterowane krzywkami. Na częściowe zmechanizowanie pozwalały tokarki produkcyjne i rewolwerowe ze zderzakami oraz tokarki kopiarki pracujące wg kopiałów. Pełna automatyzacja czynności pierwszej grupy, już nie tylko w odniesieniu do tokarek, ale do prawie wszystkich obrabiarek, nastąpiła z chwilą wprowadzenia do produkcji obrabiarek sterowanych numerycznie. Praca na tych obrabiarkach pozwala na znaczne zmniejszenie czasów pomocniczych, wymaga tylko okresowego nadzoru oraz istnieje możliwość stosowania pracy wielostanowiskowej. Dalszym krokiem było wprowadzenie centrów obróbkowych (rys. XII-1 ), obrabiarek o trzech i więcej osiach sterowanych numerycznie, wyposażonych w magazyny narzędzi i urządzenia do automatycznej ich wymiany. W centrach obróbkowych otrzymuje się zatem pełną automatyzację czynności wchodzących w zakres pierwszej grupy.

310

Xll . Automatyzacja procesów technologicznych

Rys. XII-1. Centrum obróbkowe

Drug a gr u pa czy n n ości związana jest z ustaleniem i zamocowaniem przedmiotu obrabianego. Sprowadza się to do takich czynności, jak pobranie przedmiotu, jego zamocowanie, odmocowanie, wyjęcie z uchwytu i odłożenie. Do niedawna powszechnie było stosowane mocowanie ręczne w uchwytach unjwersalnych i specjalnych. Pierwszym krokiem mechanizacji mocowania było wprowadzenie uchwytów z mocowaniem mechanicznym (pneumatycznym, hydraulicznym, elektromagnetycznym i innym). Uchwyty te (rys. XIl-2) służące wyłącznie do ustalania i mocowania przedmiotu odciążyły pracownika od wysiłku fizycznego, zapewniły stałą wielkość sjły mocującej, co ma w wielu przypadkach wpływ na dokładność obrabianego przedmiotu. Uchwyty te jednak nie zapewniły pełnej automatyzacji związanej z pobraniem przedmiotu i włożeniem go do uchwytu, jak również wyjęciem i odłożeniem obrobionej części. Ta pełna automatyzacja stała się możliwa dzięki wprowadzeniu automatycznego cyklu podawania części, zastosowania manipulatorów i robotów.

I. Minimalizacja

311

pracochłonności

2

1-

Rys. XII-2. Uchwyt z mocowaniem pneumatycznym uchwyt do mocowania mechanicznego. 2 - siłownik pneumatyczny, 3 - doprowadzenie powietrza do siłowni.ka

Automatyczny cykl podawania części jest stosowany do części drobnych. Najczęś­ ciej spotykana budowa takiego układu, składającego się z kilku zespołów, pokazana jest na rys. XII-3. W skład układu wchodzą: podajnik 1, zasobnik 2, oddzielacz 3 i zasilacz 4. Podajnik.i służą do przyjęcia określonej liczby przedmiotów przeznaczonych do obróbki. W większości przypadków są to przedmioty nieuporządkowane w przestrzeni. Konstrukcyjne rozwiązanie podajnika za1eży głównie od kształtu i masy podawanych przedmiotów i sposobu przekazywania ich do zasobnika (zespołu transportowego). Przedmiot wychodzący z podajnika może być ustawiony w takiej pozycji, jaka jest potrzebna do ustalenia go i zamocowania w uchwycie, lub opuszcza podajnik w dowolnym położeniu, a dopiero później orientowany jest za pomocą urządzenia kontrolujące­ go. Omówione zostaną najczęściej stosowane rozwiązania konstrukcyjne podajników tarczowych i wibracyjnych.

3

4

Rys. XTI-3. Automatyczny

2

układ

podawania

części

(opis w tek.kie)

i dużą podajnika tarczowego przedstawia rys. XII-4. Tarcza obrotowa 13 z gniazdami dopasowanymi kształtem do kształtu przedmiotu podaje te przedmioty, które przez otwór 12 w płycie l przechodzą do zasobnika (zespołu transportowego) JO. Krzywka napędowa 3, napędzana przekładnią ślimakową 4, styka Podajnik.i tarczowe

charakteryzują się prostą konstrukcją, pewnością działania

wydajnością. Zasadę działania

312

XH. Automatyzacja procesów technologicznych

Rys. XII-4. Podajnik tarczowy (opis w tekście) się

z rolkami umieszczonymi na dźwigni 5, która przesuwa dźwignię 7 i trzpień 9, a ten steruje dźwignią 1i. Przełożenie przekładni: ślimak 4 - ślimacznica 6, przyjmuje się za równe liczbie gniazd w tarczy obrotowej 13. Sprężyna 2 dociska dźwignię 5, zapewniając stały kontakt rolek z krzywką 3. Kiedy zasobnik odprowadzający 10 jest zapełniony, dolny występ zasłonki 14 nie wchodzi do wybranego zasobnika, co powoduje zamknięcie dopływu przedmiotów z pojemnika. Przy zamknięciu otworu wejściowego trzpień 9 przesuwa się do tyłu, naciskając na sprężynę 8, znajdującą się wewnątrz dźwigni 7. Przedmioty zasypane do pojemnika mogą układać się w odpowiednich wybraniach: prostopadle do płaszczyzny (rys. XII-5a), wzdłuż cięciwy (rys. XII-5b) lub wzdłuż promienia tarczy (rys. XII-Sc). W podajniku suwakowym (rys. XII-6) przedmioty wsypuje się do zasobnika /, w którym znajduje się okienko 2. W zasobniku przesuwa się suwak 3, którego górna powierzchnia jest odpowiednio zaprojektowana. Suwak wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne. W położeniu górnym utrzymujące się na suwaku przedmioty zsuwają się po ześlizgu do zespołu transportowego. Podajniki wibracyjne wykorzystuje się do podawania części drobnych (rys. Xll-7). Bęben podajnika 1 jest zmontowany na wibratorze 2, który przekazuje mu drgania o częstotUwości 50-;-60 Hz, w kierunku stycznym do obwodu. Na skutek tych drgań części znajdujące się wewnątrz bębna przemieszczają się ku ścianom bębna i po spiralnych prowadnicach 2, umieszczonych na wewnętrznych ściankach bębna, przesuwają się ku górze. Prędkość przesuwu można regulować opornikiem, zmieniającym amplitudę drgań.

I. Minimalizacja

313

pracochłonności

al

+- - ·

d - ~ - +-

+

I

~

iifl Rys. Xll-5.

Położenie

przedmiotu w t.arcz.y podajnika: a) promienia

prostopadłe.

bl

wz.clłut cięciwy,

c)

wz.dłui.

314

Xll. Automatyzacja procesóu 1echnologicznych

I

3

Rys. Xll-6. Podajnik suwakowy (opis w tekfoe)

Rys. Xll-7. Podajnik wibracyjny (opis w

tekście)

Podajniki wibracyjne są stosowane do szerokiego asortymentu półwyrobów. od drobnych do części o średnicy 30 mm i długości do 200 mm. Z podajnika części przechodzą do zasobnika (zespołu transportowego). Zasobniki można podzielić na dwie grupy: zasobni.ki ze swobodnym ruchem części, w którym przesuwają się one pod wpływem siły ciężkości, oraz zasobniki z wymuszonym ruchem części. Zasobniki , w których części przesuwają się pod wpływem siły ciężkości (rys. XII-8) stanowią najprostsze rozwiązania. Części znajdujące się w prowadnicach zasobnika powinny mieć odpowiedni luz umożliwiający ich przemieszczanie się, ale równocześnie zabezpieczający przed ulratą orientacji i zakleszczaniem. W zasobnikach o wymuszonym ruchu części przesuwanie ich odbywa się pod wpływem ciśnienia lub ssania pneumatycznego, popychaczy mechanicznych, drgań i napędów mechanicznych (rys. XII-9). zupełnie

I. Minimalizacja

Rys. XII-8. Zasobnik ze swobodnym ruchem

Rys. Xll-9. Zasobnik

315

pracochJonności

części

dla: a) sworzni z

główką,

b)

wałeczków

łańcuchowy

Ściśle połączone z zasobnikami - wbudowane w zasobniki - są urządzenia Zadaniem ich jest eliminowanie źle zorientowanego przedmiotu albo poprawienie jego orientacji. W przykładach pokazanych na rys. XII-10 do wyeliminowania źle zorientowanych przedmiotów wykorzystano położenie ich środka ciężkości. Przedmioty dobrze zorientowane nie wypadają ze ślizgu, a posuwają się po nim dalej w prawidkontrolujące.

al

Rys. Xll-1 O.

bl

Urządzenie kontrolujące prawidłowe

łowym położeniu.

zorientowartie przedmiotów: a)

wałek,

b) tarcza

W wielu przypadkach kształt ześlizgu projektuje się tak, aby uzyskać poprawne położenie źle zorientowanych przedmiotów (rys. XII-11). Oddzielacz jest następnym elementem występującym w urządzeniu zasilającym obrabiarkę lub stanowisko montażowe. Jego zadaniem jest zabezpieczenie zasilacza przed naciskiem całego potoku przedmiotów, oddzielenie pojedynczego przedmiotu z potoku przedmiotów płynących z zasobnika i przekazanie go do zasilacza lub bezpośrednio do uchwytu mocującego. Zależy to w konkretnym przypadku od kształtu i wymiarów przedmiotów. Na rysunku XII-12 pokazano przykłady rozwiązań mechanizmów oddzielających.

316

XU. Automatyzacja procesów 1echnologicznych

o)

Widok w kierunku B

fEt--3-t Rys. XJJ-1 I.

QIG !

!..

...j.. • .

Urządzenie zapewniające stałą pozycję części:

w

wycięcie ześlizgu,

b) zmiana

położenia

a) pozycji

wkręl wkręta

o niewlaściwej orientacji wpada w dw6ch etapach

Rys. XIl-12. Mechanizmy

oddzielające

Zasilacz jest ostatnim elementem występującym w automatycznym cyklu podawania części. Konstrukcja zasilacza zależy od konstrukcji obrabiarki oraz od kształtu i wymiarów podawanej części. Cykl pracy zasilacza wchodzi w zakres cyklu pracy obrabiarki, a jego praca jest ściśle związana z kinematyką obrabiarki. Na rysunku XU-13 przedstawiono podawanie tulejek zsuwających się prowadnikiem. Zasilacz o ruchu postępowo-zwrotnym z zatoczoną końcówką odpowiednio dopasowaną do otworu tulejki wchodzi przez otwór w ściance prowadnika, wysuwa tulejkę przez otwór w przeciwległej ściance i przenosi aż do uchwycenia przez elementy mocujące obrabiarki. Przykład zasilacza o ruchu obrotowym przedstawiono na rys. Xll-14. Automatyzacja pobierania, podawania i mocowania części o większej masie i wymiarach nie jest moż\jwa do realizacji za pomocą zasobników, podajników, oddzielaczy i zasilaczy. Odbywa się to za pomocą manipulatorów bądź robotów ustawionych obok obrabiarki (obrabiarek), bądź też wbudowanych w obrabiarkę. Przykład zastosowania manipulatora przedstawiono na rys. XII-15. Manipulatory wykorzystuje się. do prostych czynności, gdyż. z reguły mają one \ \ub 2 stopnie swobody. Na rysunku Xll-16 przedstawiono 3 tokarki sterowane numerycznie l, 2, 3, obsługiwane przez robot 4, przeznaczone do obróbki części kJasy wałek o masie do 30 kg i średnicach 16+ 100 mm. Stanowisko to jest wyposażone dodatkowo w trójpoziomowy zasobnik grawitacyjny z oddzielaczem 5. Każdy z poziomów podajnika zawiern pół­ wyroby dla jednej z tokarek. Robot pobiera przedmioty z podajnika i umieszcza je

I. Minimalizacja

Rys. Xll-13. Zasilacz o ruchu -zwrotnym

pracochłonnośc1

317

postępowo­

Rys. Xll-14. Zasilacz o ruchu obrotowym

Rys. XII-15. Zastosowanie manipulatora: a) przenoszenie części z jednego przenośnika na drugi, b) przenoszenie części z przenośnika na stól obrotowy i ze stołu na przenośnik, c) podawanie części na obrabiarkę i odbieranie z obrabiarki

318

Xll . Automatyzacja procesów technologicznych

Rys. Xll-16. Zastosowanie robota do obsługi tokarek tokarki, 4 - robot PR0-30, 5 - podajnik z dozownikiem przedmiotów, 6 - cransporter odkladczy

1, 2, 3 -

w kłach poszczególnych tokarek, a po zakończeniu obróbki przenosi obrobiony przed-

miot z tokarki na trójpoziomowy przenośnik odkładczy 6. Niekiedy robot wbudowany jest w obrabiarkę (rys. XII-17). Dotyczy to obrabiarek nowszej konstrukcji. Obrabiarka z wbudowanym robotem i dodatkowym wyposażeniem stanowi autonomkzną stację obróbkową (ASO) (rys. XII-18). Jest to samodzielna jednostka wytwórcza, w skład której wchodzi obrabiarka wraz z niezbędnym.i urządzeniami transportowymi, magazynowymi, sterującymi, kontrolnymi itp„ zapewniającymi automatyczną pracę stacji przy obróbce wyznaczonej serii przedmiotów jednakowych lub technologicznie podobnych, bez wspomagania z zewnątrz i bez stałej obecności operatora. Układ sterujący ASO steruje wg określonej strategii całością działania stacji, łącznie z funkcjami korekcji, nadzoru i djagnostyki. Autonomiczne stacje obróbkowe buduje się dla produkcji seryjnej i wielkoseryjnej. Dla produkcji małoseryjnej i części technologicznie podobnych buduje się elastyczne systemy obróbkowe. Liczba obrabiarek w systemie wynosi minimum 2. Przykład rozwiązania takiego systemu przedstawiono na rys. XII-19. Elastyczny system obróbkowy ma automatyczny transport, zautomatyzowaną wymianę przedmiotów obrabianych, automatyczną zmianę i wymianę narzędzi. Aby mógł on pracować przez kilka godzin bez udziału człowieka, musi mieć automatyczne układy nadzorujące (układy diagnostyczne). Nadzór dotyczy przede wszystkim stanu narzędzi, samego procesu skrawania (niedopuszczenie do przeciążenia) i jakości obrabianych przedmiotów. Skrócenie czasów mocowania przedmiotów uzyskuje się również w automatycznych liniach obróbkowych, które buduje się dla produkcji wielkoseryjnej (rys. XJI-20). Przedmiot mocuje się w uchwycie (najczęściej ręcznie), po czym uchwyt ten jest przesuwany od stanowiska do stanowiska. Na końcu linii obrabiany przedmiot jest zdejmowany, a uchwyt wędruje z powrotem na stanowisko początkowe. Podobna sytuacja występuje również w obrabiarkach zespołowych, które buduje się podobnie jak automatyczne linie obróbkowe dla produkcji wielkoseryjnej. Obrabiarkę zespołową z sześciopozycyjnym stołem podziałowym do obróbki części klasy dźwignia przedstawiono na rys. XII-21 . Przedmiot obrabiany raz zamocowany najczęściej ręcznie przechodzi przez poszczególne stanowiska, na których następuje: frezowanie, wiercenie, rozwiercanie i gwintowanie.

I. Minimalizacja

pracochłonności

Rys. XJl-17. Obrabiarka z wbudowanym robotem

- ..=---:-_

--\~ Rys. XTI-1 8. Autonomiczna stacja obróbkowa

319

320

1-

XIJ. Automatyzacja procesów technologicznych

Rys. XIl-19. Elastyczny system obróbkowy FMSP800 z Kombinatu ,.Fritz Heckert" centra obróbkowe, 2 - stanowiska mocowania, 3 - stanowiska składowania, 4 - wózek szynowy. 5 - myjnia, ó - układ sterowania i nadzoru

Trze c i ą g r up ę czy n n oś c i pomocniczych stanowi kontrola jakości części obrobionych. Czynnikiem mającym wpływ na czas trwania operacji kontroli będzie jej rodzaj, tzn. czy będzie to kontrola bierna, czy czynna. Kontrola bierna jest z reguły przeprowadzana poza obrabiarką, tylko w nielicznych przypadkach na obrabiarce, po zakończeniu operacji i wyłączeniu obrotów. Kontrola czynna odbywa się w trakcie trwania operacji i czas jej trwan.ia n.ie ma wpływu na wzrost czasu pomocniczego. Skrócenie czasu kontroli biernej odbywa się przez zastosowanie automatycznego układu kontroli. Jest to układ pracujący bez udziału człowieka a spełniający wszystkie wymagane czynności przy pomiarze określonej części dla porównania wymiarów rzeczywistych z założonymi. Stopień automatyzacji kontroli może być zróżnicowany. Przyrządy i urządzenia pomiarowe można podzielić na trzy grupy: - przyrządy pomiarowe z automatycznym sygnałem o zgodności wyniku pomiaru, - półautomaty kontrolne, - automaty kontrolne. Rozwiązanie przyrządu pomiarowego z czujnikiem elektrostykowym przedstawiono na rys. XII-22. Kontroli podlegają równocześnie trzy średnice wałka. Jeżeli poszczególne wymiary mieszczą się w granicach tolerancji, zapalają się lampki kontrolne zielone; w przypadku przekroczenia pola tolerancji sygnalizuje ten fakt lampka czerwona. Przykładem rozwiązania półautomatu kontrolnego jest półautomat kontrolno-sortujący do półpanewek łożyskowych. Kontrolą objęte są: grubość s półpanewki w 6 punk· tach oraz jej obwód zewnętrzny wyrażony wymiarem kontrolnym S (rys. XJI-23a). W czasie pomiaru panewka jest dociskana siłą F do gniazda stanowiącego bazę pomiarową. Panewki .nakładane są ręcznie (rys. XII-23b) do magazynu 1 ukształ·

I. Minim1tli1acja

pracochlonnośca

321

322

XIJ. Automatyzacja procesów technologicznych

+

o

Rys. Xll-21. Obrabiarka

zespołowa

1e

stołem obrotowo-podziałowym

dla

części

klasy

dźwignia

Rys. Xll-22. Schemat przyrządu pomiarowego z czujnikiem elektrostykowym bezskalowym

I. Minimalizacja

323

pracochłonności

Rys. Xll-23. Półautomat kontrolno-sortujący dla pótpa- a) newek ło żys kowych : a) półpanewka umieszczona w gnieidzie pomiarowym. b) podawanie półpane wek do gniazda pomiarowego, c) głowica pomiarowa

05

111 :: b)

5

------n

:1

li ______ .u

02

::11 I

324

XII. Automatyzacja procesów technologicz.nych

towanego w postaci rynny, przy końcu której umieszczony jest mechanizm oddzielający 2 i zasilacz postępowo-zwrotny 3. Panewki podawane są kolejno przez podajnik pneumatyczny 4 do gniazda pomiarowego 5 i dociskane do bazy łapą dociskową 6. W głowicy pomiarowej 7 (rys. Xll-23c) znajdują się dysze pomiarowe czujników pneumoelektrycznych. GJowica pomiarowa jest podnoszona i opuszczana przez podnoś­ nik 8. Sygnały z czujnika po wzmocnieniu uruchamiają poszczeg61ne mechanizmy półautomatu.

Do części drobnych, o małych wymiarach gabarytowych, dla produkcji wielkoseryjnej i masowej buduje się z reguły automaty kontrolne. Na rysunku XII-24 przedstawiono zasadę działania automatu do kontroli i selekcji kulek łożyskowych. Kulki za pośrednictwem specjalnego łańcucha transportowego przenoszone są w ciąg­ łym ruchu między dwiema listwami sprawdzianu, z których jedna 2 jest gładka, druga natomiast wyposażona jest we wkładki stopniowane 3, które odpowiadają poszczególnym grupom wymiarowym sprawdzianu. Kulki zatrzymują się w zależności od swego wymfaru między wkładkami jednego ze stopni sprawdzianu, skąd kolejno nadchodzą­ cy element łańcucha transportowego spycha je do odpowiednich kanałów sortowniczych. Kontrola czynna odbywa się na obrabiarce za pomocą sond pomiarowych. Najczęś­ ciej mają one za zadanie przeprowadzenie korekcji ustawiania narzędzi. Ma to miejsce zwłaszcza na obrabiarkach pracujących w cyklu automatycznym, takich jale autonomiczne stacje obróbkowe, elastyczne systemy obróbkowe, automatyczne linie obróbkowe. Schemat rozmieszczenia sond pomiarowych na tokarce CNC przedstawiono na rys. XII-25, sarn zaś cykl pomiarowy pokazano na rys. Xll-26.

Ry~ .

XII-24. Zasada dziaJania automatu do .kontmlJ i selekcji kulek łożyskowych (opis w tek~cie)

ł.

Minimalizacja

325

pracochłonności

-

I -

sonda

Rys. XU-25. Schemat ro:z.mieszc2enia sond pomiarowych na tok'1fce CNC 2 - sonda pomiarowa, 3 - osłona sondy narzędziowej, 4 - przedmiot obrabiany

narzędziowa,

Gtow1co [)Qrl~ZIOWO

Rys. XIJ-26. Cykl pomiarowy obrabianego przedmiotu za pomocą sondy pomiarowej J - uchwyt tokarski, 2 - przedmiot obrabiany. 3 - sonda pomiarowa przedmiotowa

b. MINIMALIZACJA CZASÓW GŁÓWNYCH Mechanizacja i automatyzacja nie wpływa bezpośrednio na mjnimalizację czasu Zmniejszenie czasu głównego następuje przede wszystkim przez wzrost parametrów obróbki, a to jest zależne od użytego narzędzia (materiału narzędziowego) i obrabiarki. Porównując obróbkę na obrabiarkach konwencjonalnych i sterowanych numerycznie, trzeba stwierdzić, że obrabiarki sterowane numerycznie, dzięki swej sztywnej budowie, dużej mocy, całkowicie osłoniętej przestrzeni roboczej, pozwalają na zastosowanie znacznie wyższych parametrów skrawania od tych, jakie są stosowane na obrabiarkach konwencjonalnych. Na zmniejszenie czasu głównego ma wpływ obróbka wielonarzędziowa, jednakże zarysowuje się tendencja do przechodzenia ponownie na obróbkę jednonarzędziową. Dotyczy to zwłaszcza procesów realizowanych na obrabiarkach pracujących w cyklu automatycznym. Pozwala to na łatwiejsze rozwiązanie diagnostyki zużywania narzędzia i jego kontroli. głównego.

326

Xll. Automatyzacja procesów technologicznych

c. MINIMALIZACJA CZASU PRZY GOTO WAWCZO-ZAKONCZENIOWEGO Minimalizacja tego czasu jest zal eżna od stopnia automatyzacji samej obróbki. Dla obrabiarek konwencjonalnych im obrabiarka jest bardziej złożona (np. automat tokarskj), tym czas przygotowawczo-zakończenfowy będzje większy. Inna jest sytuacja w przypadku obrabiarek sterowanych numerycznie. Im większy stopień automatyzacji takiej obrabiarki (autonomiczna stacja obróbkowa, elastyczny system obróbkowy), tym czas przygotowawczo-zakończeniowy mniejszy. a w wielu przypadkach (produkcja wielkoseryjna) będzie on mógł być pominięty.

d. MINIMALIZACJA CZASU

OBSŁUGI

Można powiedzieć, że czas obsługi jest także zależny od stopnia automatyzacji samej obrabiarki. Jednym z głównych problemów wpływających na czas obsługi jest usuwanie wiórów. Przy usuwaniu ręcznym czas ten będzie duży. W większości obrabiarek nowoczesnych, pracujących w cyklu automatycznym, wióry są usuwane mechanicznie. W takich przypadkach czas obsługi jest minimalny.

2. WPŁYW I AUTOMATYZACJI , ,MECHANIZACJI , NA JAKOSC WYROBOW Można śmiało postawić tezę. że zastosowanie automatyzacji w procesach wytwarzania wpływa zdecydowanie na jakość wyrobów. Dotyczy to tzw. jakości technologicznej (rozdz. VI). a zwłaszcza dokładności wyrobu. w tym przede wszystkim dokładności wymiarów. Jak to zostało omówione, w produkcji partii przedmiotów powstają błędy. Są to błędy systematyczne i przypadkowe. Automatyzacja procesów technologicznych eliminuje całkow icie błędy przypadkowe, ij. te błędy, które pow~tają przy obsłudze obrabiarek konwencjonalnych z winy pracownika. W obrabiarkach pracujących w cyklu automatycznym błędy te nie występują. Automatyzacja zmniejsza rówrueż błędy systematyczne, a nawet całkowicie je eliminuje. Zależy to od stopnia automatyzacji. Można przyjąć, że w obrabiarkach, w których zastosowano kontrolę czynną, diagnostykę zużycia narzędzia i automatyczną korektę jego ustawienia, całkowicie wyeliminowano błędy systematyczne. A więc im wyższy stopień automatyzacji, tym wyższa jakość technologiczna wyrobów, a przede wszystkim ich dokładność.

Rozdział

XIII

AUTOMATYZACJA PROJEKTOWANIA , PROCESOW TECHNOLOGICZNYCH

Szeroko wprowadzona automatyzacja produkcji wielkoseryjnej i masowej, poprzez zastosowanie obrabiarek sterowanych numerycznie, obrabiarek zespołowych, linii obróbkowych, urządzeń technologicznych specjalnych, a także manipulatorów i robotów, stała się czynnikiem inicjującym zastosowanie takiej automatyzacji również do najczęś­ ciej stosowanej w przemyśle produkcji małoseryjnej. Stało się to możliwe dzięki coraz szerszemu wprowadzeniu obrabiarek CNC (Complller Numerical Control). Nowoczesne układy CNC umożliwiają sterowanie wieloma dodatkowymi funkcjami obrabiarki, jak zmiana narzędzi, sterowanie pracą urządzeń załadowczych. zamocowaniem i odrnocowaniem przedmiotu itp. Na bazie tych obrabiarek powstały autonomiczne stacje obróbkowe oraz elastyczne systemy produkcyjne.

1. SYSTEMY KOMPUTEROWO WSPOMAGANEGO PROJEKTOWANIA I ZINTEGROWANEGO WYTWARZANIA automatyzacji produkcji spowodowało. że znacznie wzrósł udział pracochłonności technicznego przygotowania produkcji w stosunku do pracochłonności wytwarzania. Przyczyniło się to do komputeryzacji prac projektowych i to zarówno w fazie projektowania konstrukcji oraz technologii, jak i w fazie sterowania procesami wytwarzania. W rezultacie powstało kilka systemów. System CAD (ang. Computer Aided Design - komputerowo wspomagane konstruowanie) obejmuje wszystkie etapy projektowania, które dotyczą określonego obiektu. Może być wykorzystany do przeprowadzenia obliczeń wytrzymałościowych , kinematycznych oraz badań dynamicznych. Za pomocą tego systemu można modelować pracę projektowanego urządzenia. W wyniku tych prac może powstać pełna dokumentacja konstrukcyjna (rysunki zestawieniowe oraz warsztatowe) łącznie ze specyfikacją poszczególnych części. W systemie CAD szczególną rolę odgrywa grafika komputerowa umożliwiająca wyświetlanie na ekranie monitora trójwymiarowych obrazów zaprojektowanego obiektu w różnych rzutach i w perspektywie. Pozwala ona również na wgląd w dowolne zespoły, podzespoły oraz w ich przekroje. Wprowadzenie na

szeroką skalę

328

XTI! . Automatyzacja projektowania procesów technologicznych

System CAPP (ang. Computer Aided Process Plamzing - komputerowo wspomagane projektowanie procesów technologicznych) jest ściśle związany z przygotowaniem technologii. Punktem wyjścia jesl opis geometryczny określonej części. Efektem koń­ cowym są instrnkcje obróbkowe określonych operacji i czynności związane z opracowaniem instrukcji. a dotyczące doboru obrabiarki, pomocy warsztatowych, parametrów obróbki, obliczenia czasów trwania operacji. W ramach tego systemu istnieje możliwość zaprojektowania przyrządu, uchwytu, sprawdzianów czy narzędzi specjalnych. System CAM (ang. Computer Aided Manufacturing - komputerowo wspomagane wytwarzanie) obejmuje wszystkie etapy niezbędne do przeprowadzenia procesu wytwarzania. Są to: tworzenie bieżących harmonogramów prac, obróbka, montaż, kontrola jakości, organizacja transportu międzyoperacyjnego. Poszczególne obszary mają swoje odpowiedniki w systemach komputerowych. System CAD/CAM jest to system zabezpieczający ciągłą automatyzację prac techniczno-organizacyjnych w technicznym przygotowaniu produkcji (konstrukcji i technologii) oraz wytwarzaniu. Zakres zastosowań systemów CAD, CAPP, CAM oraz CAD/CAM ilustruje rys. XIII-I.

Konstrukcjo

Pro;ektowonie rocesów

Wylworzonie

Prqekt wstępny

Obszar CAD Obszar CAPP

Obszar CAM Obszar CAD I CAM

Rys. XIII-I. Zakres zastosowań systemów CAD. CAPP, CAM oraz CAD/ CAM

Dodatkowymi systemami wspomagającymi pracę konstruktora i technologa są: System CAQ (ang. Computer Aided Quality Control - komputerowo wspomagana kontrola jakości). System ten ma na celu zapewnienie jakości określonej części. Gwarantuje on czynną kontrolę produkcji na wszystkich etapach realizacji procesu technologicznego. Stało się to możliwe dzięki połączeniu czujników bezdotykowych z techniką komputerową. Jakość wyrobu zależy nie tylko od pomiaru i korekcji ustawienia narzędzia, ale również od stanu urządzenia technologicznego. System CAT (ang. Computer Aided Testing - komputerowo wspomagana kontrola). System ten obejmuje testowanje, kontrolę i symulację w ramach systemu CAD/CAM. System CAE (ang. Computer Aided Engineering - komputerowo wspomagane prace inżynierskie). System ten służy do rozwiązywania określonych prac inżynierskich w ramach systemu CAD/CAM.

I'

1 I

l. Systemy komputerowo wspomaganego projektowania„.

329

Systemem obejmującym wszystkie systemy jest system CIM (ang. Computer Integrated Manufacturing - zintegrowany komputerowo system wytwarzania). Poszerza on system CAD/CAM, gdyż obejmuje dziedzinę planowania produkcji, wszystkie prace związane z konstrukcją określonego obiektu, przygotowaniem produkcji, sterowaniem produkcją i wytwarzaniem produktu. Rozwój tych systemów zależy w znacznej mierze od rozwoju techniki komputerowej w zakresje przetwarzania i transmisji informacji. Istnieje tendencja do integracji wybranych systemów w obrębie technicznego przygotowania produkcji. Na rysunku XIII-2 przedstawiono działanie wybranych wspomaganych komputerowo systemów w zakresie

CAD

Rys. XIU-2. Integracja poszczególnych systemów w system CIM przedsiębiorstwa

i ich integrację w system CIM. Systemy te nie są od siebie jednoznacznie rozgraniczone, zależą bowiem od organizacji przedsiębiorstwa. Stąd nie ma gotowych zintegrowanych systemów wytwarzania, które by można kupić i bezpośrednio zastosować w zakładzie. Każdy użytkownik musi szukać indywidualnej drogi do rozwiązania tego problemu. W systemie wytwarzania istotną rolę odgrywa projektowanie procesów technologicznych poszczególnych części. Ogólny schemat blokowy projektowania procesów technologicznych (PPT) przedstawiono na rys. XIll-3. W procesie budowy systemu Wyjście

We1śae

Informacje o obrobaneJ

Dokumentacjo technolog1czno

części

Zosody budowy procesu technolo-

Komputer

Dokumentoqo plonistyczna

gicznego

lnformac;e o

środkach 1 warunl
lnne

produkcji Rys. Xlll-3. Schemat blokowy projektowania procesu technologicznego

330

XIU. Automatyzacja projektowania procesów technologicznych

projektowania procesu technologicznego ze wspomaganiem komputerowym można dwa typy zadań: - opracowanie sformalizowanego języka technologicznego, za pomocą którego wszystkie informacje można by było zapisać w postaci umożliwiającej wprowadzenie do komputera, - opracowanie uniwersalnej metody pozwalającej na proste modelowanje i algorytmizację całych procesów i ich elementów strukturalnych. W obrębie tych zadań koncentrowane są badanfa i opracowania naukowe. Pomimo niewątp]jwie dużych osiągnięć nje stwierdzono jednak formalnych podstaw do przeprowadzenia automatyzacji projektowania procesów technologicznych. W automatyzacji projektowania procesów technologicznych rozróżnia się 6 etapów projektowania i 5 poziomów automatyzacji (rys. XTII-4). Jak widać ze schematu, dla poziomów automatyzacji O, I, 2 w projektowaniu procesu technologicznego dominującą rolę spełnia technolog i on jest nośnikiem wiedzy technologicznej. W przypadku rozróżnić

Dane wejśc1o'NE! · Kształt i dokładność obrobtol)ej części Srodk1 1warunki produkcji.

Określenie operacji 1 ich koleJnośc1 Określenie obrabiarek

)

i

sposobu zamocowania

I

~

4

Określenie narzędzi

i oprzyrzqdowon1a Określenie parametrów

skrawania Określenie

czasu

wykonarua

4

3

2 1

o

Poziomy automatyzacji

Rys. Xlll-4. Schemat

udziału

technologa (Tl i komputera (K) w projektowaniu procesu technologicznego

wyższych poziomów automatyzacji 3, 4 problem projektowania procesu przejmuje komputer. lstnieje wówczas konieczność formalizacji zapisu wiedzy technologicznej. Tworzone są zatem procedury rozwiązywania problemów cząstkowych. poddających się łatwo algorytmizacji. Wymienić tutaj należy procedury: doboru parametrów skrawania, obliczania normy czasu, kosztów operacji itp. Korzystanie z połączonych w system procedur odbywa się na drodze dialogu komputer-technolog. Technolog w trybie konwersacyjnym podejmuje decyzje trudne do formalizacji oraz wprowadza dane niezbędne dla prawidłowej pracy systemu.

I I ł

2. Metody autom11tyzacji projektowania procesów technologicznych

331

2. METODY AUTOMATYZACJI PROJEKTOWANIA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH Automatyzacja projeklowania procesów technologicznych realizowana jest wg jednej z czterech metod: - projektowanie na podstawie typowych procesów technologicznych. - projektowanie na podstawie powtórnego zastosowania indywidualnych procesów technologicznych, - projektowanie ileracyjne, - projektowanie oparte na syntezie procesu technologicznego. a. PROJEKTOWANIE NA PODSTAWIE TYPOWYCH PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH Metoda projektowania na podstawie typowych procesów technologicznych polega na przez komputer odpowiedniego dla danej części procesu typowego. Prace nad projektowaniem procesów technologicznych wg tej metody poprzedza klasyfikacja części na odpowiednie klasy, grupy, podgrupy i typy (por. rozdz. VIII). Dla określonego zbioru części technologicznie podobnych. po przeprowadzeniu analizy technologiczności konstrukcji oraz unifikacji rozwiązai). opracowuje się struktury procesów technologicznych dla każdego z ustalonych typów technologicznych. Z kolei dla określonej klasy części opracowuje się: - algorytm wyboru właściwej procedury projektowania dla danego typu technologicznego, - algorytm procedury projektowania podstawowego schematu procesu Lechnologicznego części (wybór operacji), - algorytm projektowania operacji, - algorytm automatycznego doboru pomocy warsztatowych, - algorytm określenia parametrów obróbki, - algorytm normy czasu. Zautomatyzowane projektowanie procesu technologicznego w ujęciu ogólnym polega na przyporządkowaniu przez komputer, na podstawie kodu klasyfikacyjnego części, odpowiedniego dla tej części procesu typowego, obejmującego plan operacji obróbki. Należy stwierdzić, że omawiana metoda z punktu widzenia realizacji jest bardzo prosta. Nie jest to jednak metoda uniwersalna, gdyż zakres jej zastosowania ogranicza się jedynie do określonych grup części i do określonych procesów typowych. Istnieją pewne modernizacje tej metody, które umożliwiają nie tylko wybór procesu typowego, lecz także wprowadzenie pewnych zmian w procesie typowym, w postaci wykluczenia, wymiany lub dodania operacji. Projektowanie na podstawie zunifikowanych typowych procesów technologicznych ma wady: zastosowanie tej metody ogranicza się do skończonej liczby istniejących indywidualnych lub typowych procesów technologicznych, które wcześniej musiały być opracowane, oraz nie uwzg lędnia zmian w systemie wytwarzania. przyporządkowaniu

332

XIII. Automatyzacja projektowania procesów technologicznych

b. PROJEKTOWANIE NA PODSTAWIE POWTÓRNEGO ZASTOSOWANIA INDYWIDUALNYCH PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH Pewną odmianą metody opisanej w punkcie poprzednim (a) jest projektowanie na podstawie powtórnego zastosowania indywiduainego procesu technologicznego. Polega to na wykorzystaniu gotowych rozwiązań na wszystkich poziomach projektowania. Schemat postępowania wg tej metody podano na rys. XIIl-5. Zadanie powyższe jest realizowane przez system infonnatyczny pozwalający na wyszukanie w bazie danych

c ęś. _część z c

Rys. XIU-S. Schemat

proces dla

„analog"-części„analogu~

proces dla części

postępowania

przy projektowaniu na podstawie powtórnego zastosowania indywidualnego procesu technologicznego

odpowiednika częsci 1 opracowanego już procesu technologicznego. Trudność poszukiwania części podobnych polega na tym, że części są z reguly obiektami o złożonej strukturze. Dokładność wyboru zatem zależy od możliwości języka opisującego części oraz stopnia opisania opracowywanych procesów technologicznych. Metodę tę należy stosować do części, dla których brak jest z jednej strony zunifikowanych procesów technologicznych, a z drugiej stopień automatyzacji projektowania nie musi być wysoki. Opisywana metoda projektowania ma te same wady co metoda oparta na typowych procesach technologicznych. c. PROJEKTOWANIE ITERACYJNE Projektowanie iteracyjne jest jedną z metod projektowania opartą na syntezie procesu technologicznego. Punktem wyjścia do projektowania wg tej metody są następujące założenia:

- część, dla której ma być opracowany proces technologiczny, zostaje przedstawiona jako skończony zbiór elementarnych powierzchni obróbkowych, - dla każdej powierzchni opracowuje się procesy obróbki tych powierzchni, - dla powierzchni jednego rodzaju buduje się graf możliwych wariantów przebiegu obróbki tych powierzchni (rys. XIJI-6).

Rys. XIIl-6. Graf możliwych wariantów przebiegów obróbki powierzchni:
2. Metody automatyzacji projektowania procesów technologicznych

333

Projektowanie struktury procesu lechnologicznego polega na tym, aby na podstawie grafów poszczególnych powierzchni występujących w danej części, zbudować graf wszystkich dopuszczalnych wariantów struktury procesu technologicznego, który byłby podstawą do wyboru wariantu o najmniejszym koszcie. Metoda ta ma niestety wadę polegającą na tym, że procesy technologiczne dla powierzchni elementarnych zależą od kształtu całej części oraz ewentualnej obróbki cieplnej.

d. PROJEKTOWANIE OPARTE NA SYNTEZIE PROCESU TECHNOLOGICZNEGO Jako generalną zasadę w proponowanej metodzie przyjęto podział procesu projektowania na szereg poziomów i podział ogólnego zadania projektowanego na szereg prostych zadań. Na podstawie analizy struktury i charakterystyki procesu technologicznego wyróżnia się poziomy kolejnego uszczegółowienia i optymalizacji rozwiązań projektowych (rys. XIII-7).

Zodonie techniczne

do zapro1ekto womo

Technologio

OC,

o~ t--~~~~~­

operacyjno

Rys. XI1J-7. Poziomy kolejnego uszczegółowienia i optymalizacji rozwiązań projektowych synteza dopuszczalnych wariantów podstawowych schematu procesu technologicznego, OC, - ocena i wybór najbardziej racjonalnych wariantów schematów podstawowych, s~ - synreza wariamów marsL11Jt technologicznych, o<; - ocena i wybór najbardziej racjonalnego warianru marszruty technologicznej. S3 projektowanie różnorodnych wariantów technologii operacji. OC3 - ocena i wybór najb11rdzieJ racjonalnego wariantu technologii operacji

S1 -

Na poziomie S 1 następuje ustalenie podstawowych wariantów procesu technologicznego. W wyniku zaprojektowania przebiegu obróbki wszystkich powierzchni otrzymuje się ogólny schemat procesu technologicznego w postaci kolejności etapów, ze wskazaniem najbardziej racjonalnych metod obróbki powierzchni na każdym etapie. Na poziomie S2 realizowane jest projektowanie przebiegu procesu technologicznego. Poziom S3 obejmuje projektowanie operacji technologiczn~j. Zadanie sprowadza się do tego, aby przy podanych technicznych ograniczeniach środków produkcji, zaprojektować operację i wyznaczyć przez dobór zabiegów najbardziej racjonalny system obróbki Na poziomie S4 uszczegółowienia należy określić parametry technologiczne pozwalające otrzymać wymaganą dokładność wymiarów i chropowatość powierzchni.

334

3.

XIII. Automatyzacja projektowania procesów tecbnolog1cznych

PODZIAŁ

METOD PROJEKTOWANIA

Biorąc pod uwagę dzisiejszy stan techniki, projektowanie procesów technologicznych (projektowanie operacji) można podzielić na: - projektowanie konwencjonalne (ręczne), - projektowanie wspomagane komputerowo, - projektowanie warsztatowe.

a. PROJEKTOWANIE KONWENCJONALNE

(RĘCZNE)

Projektowanie ręczne stosowane jest jedynie w tych przypadkach, kiedy w zakładzie jest mała liczba obrabiarek sterowanych numerycznie lub przewidziana do wykonania operacja jest bardzo prosta. Opracowanie procesu technologicznego operacji tym sposobem obejmuje ustalenie baz obróbkowych, zabiegów i przejść, określenie narzędzi niezbędnych do obróbki, określenie drogi narzędzia i napisanie programu sterującego obrabiarką. Program przeniesiony na nośnik informacji (np. taśmę dziurkowaną) zawiera informację o drodze narzędzi, prędkościach obrotowych dla poszczególnych zabiegów, wymianie narzędzi (centra obróbkowe), wartości posuwów, doprowadzeniu płynu obróbkowego.

W celu opracowania programu sterującego technolog musi sporządzić kilka dokumentów stanowiących podstawę do przygotowania nośnika informacji (np. taśmy dziurkowanej) i realizacji na obrabiarce w ten sposób zapisanego programu. W skład dokumentacji technologicznej wchodzą: rysunek konstrukcyjny wykonywanej części, instrukcja obróbki, plan przejść narzędzi, karta programowa. Na rys une k ko n str u kc y j ny wykonywanej częśd (rys. Xill-8a) nanosi się układ współrzędnych, względem którego będą obliczone przemieszczenia narzędzi

a)

o


:i:

-~o

$

il

Rys. XIII-8. Rysunek przedmiotu: a) rysunek konstrukcyjny, b) rysunek konstrukcyjny po wymiarowania w układzie współrzędnych NUMS 320T

uwzględnieniu

3.

Podział

mecod projektowania

335

i wymiary przedmiotu, niezbędne do obliczenia tych przemieszczeń . Następnie na przerobiony w ten sposób rysunek konstrukcyjny nanosi się układ współrzędnych. Sposób ogólnie przyjęty w praktyce przemysłowej przedstawiono na rys. XIll-8b. I n str u kc j a o br ó b k i pozwala na przygotowanie obrabiarki do pracy, łącznie z ustawieniem narzędzi w imakach narzędziowych (rys. Xlll-9). Składa się z części opisowej oraz szkicu. Część opisowa zawiera dane dotyczące parametrów obróbki . prędkości obrotowej wrzeciona dla poszczególnych zabiegów oraz wykazu narzędzi i imaków narzędziowych użytych w danej operacji. Na szkicu podaje się sposób ustawienia narzędzi w imakach narzędziowych oraz wymiary określające położenie punktu bazowego obrabiarki względem powierzchni bazujących uchwytu obróbkowego lub względem charakterystycznych powierzchni przedmiotu obrabianego, co ma szczególne znaczenie przy podziale naddatków w półfabrykatach odznaczających się dużą nieregularnością kształtu.

Wytypowane narzędzia wraz z imakami narzędziowym.i umieszcza się w głowicy w kolejności zgodnej z kolejnością ich pracy (tzw. kolejność technologiczna). W instrukcji obróbki podaje się również uwagi dotyczące ustawienia nastawników korekcyj~ych, sposobu wyznaczenia punktu bazowego na obrabiarce, kontroli obrobionej części itp. Opracowana instrukcja obróbki jest przekazywana obsługującemu obrabiarkę, a na etapie opracowania programu jest pomocna w projektowaniu planu przejść narzędzi skrawających.

PI a n przej ś ć n ar z ę dz i może być opracowany w dwojaki sposób: - indywidualny plan przejść narzędzi - opracowuje się go dla kolejnych narzędzi zamocowanych w głowicy narzędziowej (rys. XIII-1 O), - zbiorowy plan przejść narzędzi - opracowywany na jednym arkuszu dla wszystkich narzędzi skrawających (rys. Xlll-11). Plan przejść narzędzi opracowuje się w celu określenia torów ruchu punktów charakterystycznych kolejnych narzędzi i na ich podstawie programowych wielkości przemieszczeń. Kolejne przemieszczenia są numerowane zgodnie z numeracją bloków informacji w programie. Podany jest również zwrot przemieszczeń. Przemieszczenia realizowane szybkimi posuwami (ruchy ustawcze) przyjęto oznaczać cienką linią, natomiast przemieszczenia robocze - linią grubą. Sprzyja to zmniejszeniu możliwości popełnienia błędu w doborze wielkości posuwu, co jest istotne z uwagi na bardzo duże wartości posuwów szybkich. Kart a program o w a jest to dokument, którego treść, po przepisaniu na dziurkarce na taśmę dziurkowaną. jest zbiorem informacji sterujących pracą obrabiarki. Ma część tytułową zgodną z treścią karty instrukcyjnej oraz liczne wiersze i kolumny tworzące bloki informacji (rys. Xlll- l 2). Poszczególne kolUtTU1Y zawierają: numer bloku informacji N, rodzaj funkcji przygotowawczej G, znak i wartość przyrostu współrzędnych X i Z, parametry interpolacji kołowej I i K, funkcje technologiczne F, S, T (z zakodowaną wielkością posuwu, numerem kolejnych obrotów w ciągu, numerem narzędzia i korektora) oraz funkcje pomocnicze M (z liczbą kodową określającą kierunek włączenia obrotów wrzeciona, włączenie doprowadzenia płynu obróbkowego itp.).

Nazwa

Karta

CĘŚCj

instrukcyjna

Typ ob rab.

Materiał

Rolka

Dość

1ZC-32N/

St 5

szt.

Nr operacji

2

Arkusz

Nr części

T.01

I

Zakres

prędkości

Ciąg prędkości

I :1

Nr programu 2.3.02/2

29 : 46

Nr gn.

Symbol zesp. narz.

X, mm

Z, mm

1

R.l /7.26/N02

-34,00

225,00

L.17i.35/N04

-100,00

200,00

hR. I 36.17I N06

-18,00

250,00

2 Ka-ektor nr 5 78

2ę(~)

I·-

4

HJ.3

~-

5

]{j

6 Obroty wrzeciona, obr/min

6

~.~ - - - 1-*-4V\7

~~

$e

I~

3

M

i;;r-

225

Koreklor 1

>----

rY

50

-

~

ni

280

nl

355

n~

450

n5

560

n6

710

"'

'<:)

g

z

~~ ::t ::t G..c o. (,)


Uwaga: 1. Przy ustawianiu wymiaru 401 mm korzystać

Wykonał

Data

Podpis

Sprawdzil

Forkardt 315

·;:i

o

Korektor nr3

401

n1

224

::::>

Nr zab. gn.

z lwńcówki ustawiaka u= 400

Data

Podpis

Zatwierdził

Data

Rys. XIll-9. Instrukcja obl'6bki

Podpis

V

n

rn/min

obr/min

f.

mm/obr

1

123

260

025

3

149

355

030

5

84

450

020

f„ mm/min

Karta

pnejść narzędzia

TO 100

Nazwa

części

Rolka

Typ obrabiarki

Macerial Zamocowanie

1ZC-32Nl

X, mm

Nr gn.

X.mm

Z.mm

Nr gn.

1

-34,00

225,00

3

5

4

6

2

X.mm

" ~.~

r//'„//

~

bl.OSA

-

~

~

~

-·-~:f BJ

Nr operacji

2

Nr części

T.01

Arkusz

1

2

Nr programu 2.3.02/ 2

Z. mm

r:

bl.02

H!3

--- -

Nr gn.

Z.mm

St 5

05

~~ ,_~ - · -·~

SO

+X

o '

•Z

Z=225

r/ / / / / / / / / .

401

Wykonał :

Data:

Podpis:

Sprawdzil:

Data:

Rys. Xill-10. Indywidualny plan

Podpis:

przejść narzędzia

Zatwierdzil:

Daca:

Podpis:

Karta

przejść narzędzi

Nazwa

części

Typ obrabiarki Nr gn.

Rolka

Mateńał

Sr 5

7ZC-32Nl

Zamocowanie

2

X.mrn

Z. mm

Nr gn.

X.mm

Z.mm

Nr gn.

X.mm

Z, mm

-34,00

225.00

3

- I OO. OO

200,00

5

-18.00

250.00

2

Nr operacji

2

Nr czeki

T.01

Nr programu

Data:

Podpis:

Arkusz

2.3.02/ 2

6

4

bl.08

Wykonał:

Data:

Podpis:

Sprawdził:

Data:

Podpis:

Rys. XlII-1 I. Zbiorowy plan przej~ narzędzi

Zatwierdził:

Nazwa

części:

Pozycja I

N

%

NOOI N002 N003 N004 N005 N006 N007 N008 N009 NOIO NOI1 NOJ2 N013 N014 N015 NOl6 NOJ7 N018 N019 N020 N021

G

t:.X

6.Z

GOO

X+010700

Z-010000 Z-002600

G95 GOJ GOO

X-056000 X+OOOJOO x+o11500

GOI GOO

x+ooo200

GOJ GOO

X-000650 X+003500 x+ooo200

Prędkości

3 hR. 136.17-0025 TPGN 160308 I

K

L.171.35-3225 DNMG 150616

6 F

s S202

T TOJO!

F0250

GOI GOO GOJ

TOJOO T0303 S203 FOJOO

=

114

= 450;

11,

= 560;

Symbol ruchu ~ ..... <)--

ł

-~ ~

'<;)...

.....

280;

--

llJ

716

= 355

=

710

Stan licznika X„ ZL o o 107 -100 -126

51 52 167

169

I

_.....,

--....._ ~

..._

Z-040000 Z-003000

162,5 166 168 159 162,5 166

-,~

F0250 Rys. Xlll-12. Karta programowa; cd. rys. na s. nast.

~

-101 -141 -149 -1925 -1905 -149

--<>

9 ....._

Stron

obrotowe wrzeciona

<>---

#

Z-043000 z+ooo200 Z+004100

Z-005827

711

M04

Z+004300 X-001495 X+OQ5827

= 224;

M

z+o04I5o

X-000900 X+003500 X+003500

111

MOB

z+oo25oo Z-004000 Z-000800 Z-043500 z+oooaoo

Program opracowal

głowicy/narzędzia

2

5

4

2.3.02/2 Czas trwania programu min t=

Typ obrabi:irki: TZC-32Nl

Nr rys.

Rolka

hR. 117.26-3225 TNMM 160408

Nr programu

Karta programowa NUMS-320T

Nazwa ukl:idu

-192 -190 -149 -189 -192 -149

151,05 156,877

-154,827

Uwagi

N022 N023 N024 N025 N026 N027 N028 N029 N030 N031 N032 N033 N034 N035 N036

002 GOJ

GOO

x+oo2579 x+oo5112 X+003482 x+no2200 x+ooo225

X-017650 GOJ x+oo1000

........._ 1003388

K000260

.............

...t

Z-002200 z+oo220 Z+011700 Z-002300 Z-008610 z+oo1000 Z+007610

T0300 TOSOS

MOS M03

S204

N041 N042

X-003500

N043 N044 N045 N046 N047 N048 N049

x+oo1000

Z+OOlOOO Z+00760'l

--_...,., -~

F0200 F1800

004 GOJ

Z-008604 z+oo1000 Z+007604

~

F0200 FI800

GOO

-99 -107,61 -106,61 -99

-3

Z-008601

F0200

z+oo1000 Z+007601

F1800

Z-003480 Z-005130

F0200

Z-003478 Z+000088 Z+OJJ100

-107,607 -5,5

-107,604 -106,604 -99 -11,5

_-<7

-10,5

-107,601

--c--

~ ......_

FO ISO

-

FJ800

............

ł

TOSOO TOI OO

M09

-~

M30 Rys. Xlll-12. cd. Karta programowa

--c--

v

-106,607 -99

-9

9

--

-195,2 -193 -76

-6,5

_A?'

--<>

x+oo1000 X+008522 X+003478

-4

-~

X-004980 X+003480

.._.,) --<'

X-003500 x+oo1000

-187 -193

--<:>

-

F0200 F1800

159,456 164,568 168,05 170,25 172,5

-~

Z-008607 x+oo1000

_-'7

p--

X-003500

N037 N038 N039 N040

NOSO NOS1 NOS2 NOSJ N054

Z-032173 Z-006000

-15,48 -12

-3,478 o

-106,601 -99 -102,48 -107,61

-111,088 -111 o

341

3. Podzial metod projektowania

b. PROJEKTOWANIE WSPOMAGANE KOMPUTEROWO W projektowaniu wspomaganym komputerowo technolog programista przygotowuje w języku określonego systemu tzw. program źródłowy. Określa charakterystyczne elementy geometryczne obrabianego przedmiotu oraz podaje dane technologiczne dotyczące obrabianego przedmiotu, obrabiarki i przebiegu procesu technologicznego. Tak przygotowany program źródłowy stanowi informację wejściową dla komputera i jest w nim przetwarzany za pomocą programu zwanego procesorem. Program ten przeprowadza obliczenia geometryczne, określa tory narzędzi i w wyniku daje rozwiązanie ogólne obróbki, niezależnie od konkretnej konfiguracji układu sterowania obrabiarki sterowanej numerycznie. Kolejność zabiegów operacji w programie źródłowym jest ustalona przez technologa. Jedynie w niektórych systemach, o wysokim stopniu automatyzacji, możliwe jest określenie struktury procesu w sposób automatyczny. W wyniku takiego postępowania uzyskuje się konkretne informacje dla postprocesora, związanego ściśle z konkretną obrabiarką sterowaną numerycznie oraz jej systemem sterowania. Liczba postprocesorów decyduje o tym, dla jakiej liczby obrabiarek można za pomocą określonego systemu programowania przygotować programy sterujące. W wyniku programowania maszynowego (etap działania postprocesorem) można również uzyskać, poza programem sterującym zapisanym na taśmie perforowanej, wiele innych informacji, takich jak np. czas obróbki, zestaw potrzebnych narzędzi, uchwytów itp.

Rysunek konstrukcyjny

Done cp1su,qce obrab· część

Program

Deklorocje

źródłowy

narzędziowe

Procesor Bazy danych

GNC (generator postprocesorów)

Postprocesor 1

Postprocesor 2

A:lstprocesor 3

Postprocesor 4

Program s1erujqcy

Progrom sterują;y dla obrobiar'Ki SN-2

Program sierujqcy

dla obrobtorl
Progum sterujący dla ct>robK:Jrki

SN-3

SN-4

dla obrabiarki SN-1

Rys. XIII-13. Ogólny schemat przetwarzania danych w systemie maszynowego progran1owania obrabiarek sterowanych numerycznie

342

XTII. Automatyzacja projektowania

proce~ów

technologicznych

Ogólny schemat przetwarzania danych w systemie maszynowego programowania operacji na obrabiarki sterowane numerycznie przedstawiono na rys. XIIT-13. Zalety wspomaganego komputerowo projektowania na obrabiarki sterowane numerycznie sprawiły , że zaczęto stosować takie samo projektowanie procesów na obrabiarki konwencjonalne, zważywszy ciągle duży ich udział w parku maszynowym zakładów przemysłowych. Podobnie jak przy projektowaniu obrabiarek sterowanych numerycznie, projektowanie to dotyczy struktury procesu i projektowania operacji (zamocowania). Projektowanie struktury procesu, oparte na typowych procesach technologicznych bądź na powtórnym zastosowaniu indywidualnych procesów technologicznych, przebiega analogicznie do projektowania na obrabiarki sterowane numerycznie, z tym że niektóre operacje mogą być projektowane na obrabiarki sterowane numerycznie, niektóre zaś na obrabiarki konwencjonalne. W projektowaniu operacji na obrabiarki konwencjonalne system nie zastępuje technologa, ale znacznie ułatwia jego pracę. Dotyczy to zwłaszcza opracowania instrukcji obróbki dJa poszczególnych operacji. Technolog wykorzystuje tutaj rozbudowaną bazę danych.

c. PROJEKTOWANIE WARSZTATOWE Projektowanie warsztatowe odbywa się bezpośrednio na obrabiarce. Różni się ono od projektowania maszynowego tym, że nie ma potrzeby stosowania systemów programowania. Realizuje się je przy zastosowaniu ogólnie znanych symboli uwidocznionych na pulpicie obrabiarki i poprzez dialog między pracownikiem i sterownikiem obrabiarki. W tym systemie programowania istnieje możliwość obserwacji na ekranie wykonywanych czynności (rys. Xffi-14) i przeprowadzania bieżącej korekty programu.

HARDING! 'lllIST

I

Tłl

Rys. Xlll-14. Tokarka CNC fim1y Hardinge z pulpitem

sterującym

i ekranem

3.

Podział

metod projektowania

343

Graficzna, dynamiczna symulacja poszczególnych zabiegów umożliwia lokalizację błę­ dów oraz śledzenie ewentualnej kolizyjności w całym obszarze pracy. Budowane obecnie w kraju systemy sterowania numerycznego obrabiarek NUXON oraz PRONUM pozwalają również na programowanie warsztatowe. Wprowadzanie i wyprowadzanie programów technologicznych odbywa się w tych systemach za pomocą klawiatury pulpitu OSN, jak również za pomocą taśmy, interfejsu oraz elastycznego dysku. Programowanie warsztatowe składa się niejako z dwóch faz projektowania: - pierwsza faza polega na podaniu opisu półfabrykatu i na jego tle opisu gotowego wyrobu oraz niezbędnych danych o obrabianym materiale, - drugą fazą jest zdefiniowanie sposobów obróbki oraz dokonanie wyboru niezbęd­ nych narzędzi i oprzyrządowania. Uzbrojenie obrabiarki w narzędzia i uchwyty odbywa się również w systemie dialogowym. W ten sposób pracownik może wywoływać poszczególne narzędzia z istniejącego w wyposażeniu obrabiarek oprzyrządowania i umieszczać je w odpowiednich gniazdach głowicy narzędziowej. System warsztatowego programowania obrabiarki może być powiązany z systemem projektowania określonej części (CAD). Powiązanie obydwu systemów pozwala na znaczne zredukowanie danych wprowadzonych do systemu. Dotyczy to zwłaszcza opisu geometrii przedmiotu przewidzianego do obróbki. Programowanfo warsztatowe może mieć miejsce również w przypadku komputera bezpośrednio powiązanego z obrabiarką w systemie DNC (ang. Direct Numerical Control) . System ten bowiem umożliwia nie tylko programowanie określonej operacji (zamocowania), ale również przechowywanie zrealizowanych już programów i ich szybkie powtórne zastosowanie.

LITERATURA

l. Andrzejewski M., Żurek J., Wieczorowski K. Dokładność w budowie maszyn. Poznań: 1987 (praca nie pubIikowana). 2. Błaszkowski K., Dembczyński R., Feld M„ Galinowski J. 'Zasady projektowania oprzyr<.4.dowa11ia technologicznego, Warszawa: PWN 1981. 3. Błaszkowski K„ Dembczyński R„ Fełd M „ Galinowski J. 'Zasady pl'ojektowania oprzyr[.l{dowania tec/1110/ogicviego - atlas. Warszawa: PWN 1983. 4. Bok T. Szlifowa11ie pełzające wspomagane maszyną cyfrową. Przegląd Mechaniczny nr 20/1988. 5. Duda J. Fonnalizacja struktury procesu technologicznego obróbki wsp01naga11ego komputerowo. Kraków: Politechnika Krakowska 1988 (praca nie publikowana). 6. Europa - Seminar 1989. Neuentwicklung europaischer Werkzeugmaschi11en und jlaxibler Fertigungssysteme mit CAD-CAM A11we11du11gen. Technische Universitat - Budapest 1989. 7. Feld M. Projektowanie procesów technologicznych typowych części maszyn. Warszawa: WNT 1.983. 8. Feld M„ Szpunar A. Szlifowanie materiałów konstrukcyjnych taśmami ściemymi. Warszawa: WNT 1977. 9. Feld M„ Barylski A. Nomwtywy technologiczne. Docieranie. Wytycvie doboru waru11ków obróbki. Warszawa: Wyd. Przemysłu Maszynowego ,.Wema" 1979. LO. Gabrylewicz F. Typizacja produkcji w przemyśle nwszy11owym. Warszawa: WNT 1970. 11. Kaczmar J. Technologiczne i ekonomicv1e aspekty wytwarzania części maszy11 ze stali spiekanych. Mechanik nr 12/ 1988. 12. Kalewski T. Automatyzacja kontroli wymiarów. Kontrola bierna. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1977. 13. Kosiewicz T. Technologia budowy 11wszyn. Warszawa: PWN 1977. 14. Łunarski J„ Banaś G. Technologia budowy maszyn. Cz. I. Rzeszów: Wyd. Politechniki Rzeszowskiej 1988. 15. Łunarski J. Tech110/ogia budowy maszyn. Cz. Il . Rzeszów: Wyd. Politechniki Rzeszowskiej 1989. 16. Markowski S„ Skrzypiński A. Wybrane zagadnienia warstwy wierzchniej w budowie maszyn. Kraków: Wyd. Akademii Górniczo-Hutniczej 1974. 17. Mennon W„ Feld M„ JUngst M. 'Zasady konstruklji przyrządów, uchwytów i sprawdzianów specjalnych. Warszawa: WNT 1972. 18. Murza-Mucha P. Odlewnictwo. Warszawa: PWN 1978. J9. Oczoś K. Ubytkowa obróbka laserowa. Mechanik nr 7/ J989. 20. Oczoś K„ Porzycki J. Szlifowanie. Warszawa: WNT 1986. 21. Polański Z. Wykrawanie. Podstawy teoretycv1e i metody rozwojowe. Warszawa: WNT 1978. 22. Praca zbiorowa. Jednoliry klasyfikator konstrokcyjno-technologiczny przedmiotów prod11kcji. Warszawa: Wyd. Normalizacyjne 1977. 23. Praca zbiorowa: Materiały pomocnicze do projektowania procesów technologicznych. Tokarki. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1984. 24. Praca zbiorowa. Metrologia technicvw. Poznań: Wyd. Politechniki Poznańs kiej 1973.

Literatura

345

25. Praca zbiorowa: Techniki wytwarzania. Materiały pomocnic~e do projekcowania. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1987. 26. Przybylski W . Technologia obróbki nagniataniem. Warszawa: WNT 1987. 27. Puff T. Technologia budowy maszyn. Warszawa: PWN 1977. 28. Puff T .. Sołtys W. Podszawy Jechnologii momat11 maszyn i 1m.qdzeń. Warszawa: WNT 1980. 29. Samek A. Projektowanie proce.~ów ceclmologicl!lych obróbki skrawaniem i moncaiu. Kraków: Wyd. Politechniki Krakowskiej 1986. 30. SchilLing W. Ka1111 Entgraren geplanr werde11. Werkstatt und Betrieb nr 1/ 1989. 31. Sikora J. Aktualny stan typizacji procesów technologicznych obróbki skrawaniem w krajowym przemyfle maszynowym. Mechanik. nr 12/74. 32. Siuzdak Z., Wiśniewski J. Obróbka grupowa. Warszawa: WNT 1964. 33. Skarbiński M., Skarbińslci J. Teclmologiczność konstrukcji maszyn. Warszawa: WNT 1982. 34. Sobczyk W.J. Optymalizacja parametrów skrawania przy wykorzys1ani11 modelu operacji technologicznej. Gliwice: Politechnika Śląska 1987 (praca nie publikowana). 35. Straus J. Przemysłowe wykorzyswnie laserów C02• Przegląd Mechaniczny nr 22/ l988. 36. Szulc S., Stefko A. Obróbka powien.chniowa c{lllci maszyn. Podstawy fizycZ11e i wpływ na własności 11tyrkowe. Warszawa: WNT 1976. 37. Świgoń S. Okrellenie naddatków materia/owych i ustalenie 110m1atywów nadda1ków na obróbkę skrawaniem. Warszawa: Wyd. Przemystu Maszynowego „Wema" 1986. 38. Świgoń S., Wolak B. Nonnatywy naddatków technologicviych na obróbkę skrawaniem. Mechan.ik nr 2/l986. 39. Tymowski J. Technologia budowy maszyn. Warszawa: WNT 1989. 40. Tymowski J. Alllomatyzacja proces6w technologicznych w przemyśle maszynowym. Warszawa: WNT 1975. 41. Wąs A„ Izdebski R.. Kopczyński L. Au1omaryzacja projektowania proce~óv.· technologicznych w przemyś­ le maszynowym. Warszawa: WNT 1978. 42. Wolak B., Świgoń S., Nocuń P. Naddatki 1ecl111ofogiczne na toczenie i wy1acza11ie części klas 1echnologicz11ych: wały, tuleje, tarcze - wykonywanych z pręt6w walcowanych. Warszawa: Wyd. Przemysłu Maszynowego „Wema" 1986.

Literatura

uzupełniająca

43. Feld M. Podstawy projek1owania procesów technvlogicV1ych typowych części maszyn. Warszawa: WNT 1999. 44. Fełd M. Projektowanie i automatyzacja procesów tech11ologicv1ych czę.fci maszyn. Warszawa: WNT I 994.

SPIS NORM

PN-83/ M-01152 PN-83/M-0 1250 PN-89 /M-08508 PN-78/M-02 I 37 PN-87 / M-04250 PN-87 /M-0425 l PN-72/H-83 104 PN-75/H-94101 PN-86/ H-9430 l PN-91 / M-0 11 7 1

Symbole oznaczeń ustalenia i zamocowania. Technologiczne przygotowanie produkcji. Tenninologia. Montaż maszyn i urządzeń. Tennlnologia. Tolerancja kształtu i położenia. Nazwy i określenia. Warstwa wierzchnia. Terminologia. Struktura geometryczna powierzchni. Chropowatość powierzchni. Wartości liczbowe parametrów. Odlewy z żeliwa szarego. Tolerancje wymiarowe, naddatki na obróbkę skrawaniem i odchyłki masy. Odkuwki stalowe swobodnie kute. Naddatki na obróbkę mechaniczną i dopuszczalne odchyłki wymiarowe. Odkuwki stalowe matrycowane. Naddatki na obróbkę, dopuszczalne odchyłki wymiarów i wytyczne projektowania. Dokumentacja technologiczno-produkcyjna. Karta instrukcyjna obróbki skrawaniem.