БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЛЕКЦИИ ПО ОСНОВАМ ТЕХНОЛОГИИ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Профессор: Волкоморов В. И.
Санкт-Петербург
Основы технологии приборостроения
Введение
Techne-искусство, мастерство
Технология
Logos-слово, учение
Технология – наука, систематизирующая и изучающая совокупность приемов и методов обработки, изготовления, изменения состояния, форм и размеров сырья, материалов и полуфабрикатов в процессе производства продукции.
Задачи технологии как науки выявление физических, химических, механических и других зависимостей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов
Приборостроение – отрасль науки и техники, разрабатывающая средства автоматизации и системы управления; в тоже время отрасль машиностроения, производящая средства измерения, анализа, обработки и представления информации, средства регулирования, автоматизированные и автоматические системы управления.
Особенности приборостроения
1. Меньшие габариты деталей предполагают более высокую абсолютную точность изготовления, так для деталей машиностроения (по габаритам), точность по квалитетам 8-9 сост. 0.06-0.08 мм, то для средней детали в приборостроении 8-9 квалитеты сост. 0.02- 0.03 мм.
2. Повышенная точность формы детали (конусность, бочкообразность и т.д.).
3. Более высокие требования по взаимному расположению поверхностей и осей.
4. Широкое применение специального и специализированного оборудования, оснастки и инструментов.
5. Широкое применение неконтактных измерительных устройств.
6. Необходимость обеспечения не только геометрической, но и физической взаимозаменяемости.
Основные термины и определения
Производство – процесс создания материальных благ.
Производственный процесс – совокупность действий, в результате которых поступающие на завод материалы и полуфабрикаты (заготовки) превращаются в изделия.
Основное производство – производство изделий для поставки.
Вспомогательное производство – производство средств необходимых для функционирования основного производства (изготовление и ремонт средств технологического оснащения, производство или подача сжатого воздуха, тепл. или эл. энергии и т.д.).
Вид производства – классификационная категория производства, выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия (литейное, штамповочное, сварочное и т.д.).
Тип производства – классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска.
Различают три типа производства:
· Единичное
· Серийное
· Массовое
Единичное производство – производство, характеризуемое широкой номенклатурой изготавливаемых изделий и малым объемом выпуска.
Серийное производство – производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изготавливаемых периодически повторяющимися сериями изделий и сравнительно большим объемом выпуска. В зависимости от количества изделий в серии и значения коэффициента закрепления операций (kзо) различают:
· Мелкосерийное
· Серийное
· Крупносерийное
Коэффициент закрепления операций – отношение числа N всех различных технологических операций, выполняемых или планируемых к выполнению в течение месяца к числу рабочих мест P.
Таблица 1.
Вид серийного производства
Коэффициент закрепления операций
Мелкосерийное
20¸40
Серийное
10¸20
Крупносерийное
1¸10
Массовое производство – производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых в течение продолжительного времени.
Изделие – любой предмет или набор предметов производства подлежащих изготовлению на предприятии. Изделие, изготовленное для реализации (поставки) относится к изделиям основного производства. Изделия, изготовляемые для собственных нужд, является изделиями вспомогательного производства. В зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей изделия делятся на специфицированные (из двух и более) и не специфицированные (не имеющие составных частей). В соответствии с ГОСТом установлено 4 вида изделий:
· Детали - изделия, изготовленные из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.
· Сборочные единицы - изделия, составные части которых подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе сборочными операциями (пайка, сварка и т.д.).
· Комплексы - два и более специфицированных изделия, не соединяемые на предприятии изготовители сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
· Комплекты - два и более изделия, не соединяемые на предприятии изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, которые имеют общие эксплуатационные назначения вспомогательного характера.
Средства технологического оснащения - совокупность орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса.
Технологическое оборудование - средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку (станки, прессы и т.д.).
В технологическую оснастку включаются средства технологического оснащения, дополнительное технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса (инструменты, штампы, приспособления и т. д.)
Наладка - подготовка технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению технологической операции (установка приспособления на станке, на необходимый размер режущего инструмента и т.д.)
Сравнительная характеристика типов производства
Элементы сравнения
Тип производства
Единичное
Серийное
Массовое
Коэф-т закр. опер-й
Не регламентируется
Крупнос-е: 1¸10
Серийное: 10¸20
Мелкос-е: 20¸40
kзо=1
Ном-тура изделий
Большая и разнообразная, нечётко выраж-я
Значительная, но вполне определённая
Узко ограниченная
Специализация рабочих мест
Отсутствует
На выполнение нескольких операций
На выполнение к-либо одной операции
Хар-р продукции
Опытная или специальная
Установившегося типа и стандартная
Стандартная
Оборудование
Универсальное
Универсальное и специальное
Специализированное и специальное
Раб. инструмент
Нормализованный
Нормализованный и специальный
Нормализованный и специальный
Контрольно-измерительный инструмент
Универсальный
Универсальный и предельный
Предельный и специальный
Приспособления
Универсальные
Универсальные и специфицированные
Специальные, СНП
Взаимозаменяемость
Весьма ограниченная
Полная или неполная с подбором деталей
Полная
Расположение оборудования
По типам станков
По типам и технологическому процессу
По технологическому процессу
Сборка
Стационарная
Подвижная и стационарная
Подвижная
Длительность изготовления
Наибольшая
Средняя
Наименьшая
Стоимость продукции
Высокая
Средняя
Низкая
Технологический процесс (ТП)
ТП - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния объекта труда. В общем случае ТП - совокупность различных операций, выполнение которых направлено на изменение формы, размеров состояния объектов труда или контроля соответствия требованиям чертежа или техническим условиям (ТУ). ТП состоит из различных операций, последовательное выполнение которых ведёт к изготовлению изделия. Законченная часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте, называется технологической операцией. Технологическая операция - основная составляющая ТП, по которой ведётся нормирование, т.е. определяется трудоёмкость и стоимость изготовления. Часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при неизменных режимах резания называется технологическим переходом. При работе на автоматическом оборудовании (станках ЧПУ) в пределах одного перехода технологические режимы могут меняться автоматически. Часть ТП, выполняемая при неизменном закреплении объекта труда называется установом. При одном установе объект труда может занимать несколько позиций.
Позиция - фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленным объектом труда совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части технологического оборудования при выполнении определённой части операции.
Удаление металла с поверхности заготовки за один технологический прием может происходить при однократном или многократном перемещении инструмента, т.е. при однократных или многократных рабочих ходах (проходах).
Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров состояния объекта труда. Если перемещение инструмента не сопровождается этими изменениями, но необходимо для обеспечения выполнения рабочего хода, то это вспомогательный ход.
Виды технологических процессов
Стандарт предусматривает два вида технологического процесса:
· Единичный
· Типовой
Вид технологического процесса определяется количеством изделий, охватываемых технологическим процессом (одно изделие, группы однотипных и разнотипных деталей). Каждый вид технологического процесса характеризуется следующими признаками:
· Назначением: рабочие и перспективные
· Степенью детализации: маршрутные, операционные, маршрутно-операционные
Единичный технологический процесс применяется для изготовления изделия одного наименования, типоразмера и использования независимо от типа производства.
Типовой технологический процесс применяется:
· Как информационная основа при разработке рабочего технологического процесса
· Как рабочий технологический процесс при наличии всей необходимой информацией для изготовления данного изделия, как база для разработки стандартного, типового технологического процесса.
Рабочий технологический процесс применяется для изготовления конкретного изделия в соответствии с требованиями рабоче-технической документации.
Перспективный технологический процесс разрабатывается как информационная основа для разработки рабочего технологического процесса при техническом и организационном перевооружении производства.
Он рассчитан на применение более совершенных методов обработки, более производительных и экономически эффективных средств технологического оснащения и изменения принципов организации производства.
Технологическая подготовка производства (ТПП)
Технологическая подготовка производства основана на стандартах ЕСТПП (единая система технической подготовки производства). Техническая подготовка производства включает конструкторскую, технологическую и планово - организационную.
ЕСТПП - установленная стандартами система подготовки производства. В свое время в части ТПП эта система предусматривает широкое применение технологических процессов, средств автоматизации и механизации производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
ГОСТом предусмотрены следующие этапы технологической подготовки:
1. Техническое задание: На этом этапе определяются и устанавливаются технические требования к документам, исполнители, которые будут участвовать в разработке технического и рабочего проектов, назначаются предварительные сроки выполнения каждого этапа, определяются источники финансирования. На этом этапе проводится ориентировочная оценка технико-экономической эффективности ТПП. Утвержденное техническое задание является основанием для разработки технического проекта.
2. Технический проект: Принимаются основные принципиальные технические и организационные решения по установлению функций и задач ТПП. На этом этапе проводится оценка технологической конструкции изделия. Устанавливают перечни специальных типовых технологических процессов и выдаются технические задания на разработку специальных средств технологического оснащения. Утверждение технического проекта служит для разработки рабочей документации.
3. Рабочий проект предусматривает классификацию и кодирование технико-экономической информации деталей, типизацию и стандартизацию технологического процесса и средств технологической оснастки, разработку рабочей документации опытного образца установочной серии серийного или массового производства. При этом происходит постоянная коррекция по результатам экспериментального апробирования технол-ческих процессов, оборудования, оснастки, рабочих программ ЭВМ.
Таким образом, ТПП включает решение задач, группируемых по следующим основным функциями:
1. Обеспечение технологичности конструкций
2. Разработка технологических процессов
3. Проектирование и изготовление средств технологического оснащения
4. Организацию и управления ТП
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
Обработка резанием в современном производстве занимает достаточно большое место, т.к. несмотря на низкий коэффициент использования материала… Взаимное перемещение клина осуществляется в металлорежущем станке.
Требования к инструментальным материалам
Режущий клин при взаимодействии с материалом заготовки, осуществляя непрерывное деформирование и отделение материала, подвергается силовому и… 1. Твердость. Внедрение одного материала (клина) в другой (заготовку)… 2. Теплостойкость. Она определяется критической температурой, при которой происходит изменение твердости. Если…
Группы инструментальных материалов, применяемые для изготовления режущего инструмента
1. Инструментальные стали
У7, У7А, У13,У13А
Углеродистые стали используются для изготовления инструмента, который работает при низких скоростях резания, а также…
Процесс стружкообразования и типы стружки
Процесс стружкообразования заключается в поэлементном отделении металла. Под действием сил, приложенных к режущему клину, идет пластическое… Различают три типа стружки:
Сливная стружка
Эта стружка получается при обработке вязких материалов при малой глубине резания, больших передних углах инструмента и больших скоростях резания.
Стружка скалывания
Получается при обработке материалов средней твердости и твердых материалов при больших толщинах срезаемого слоя, малых передних углах и малых скоростях резания. На стружке скалывания четко просматриваются отдельные элементы стружки.
Стружка надлома
В условиях производства важную роль играет тип стружки, так как он определяет…
Усадка стружки
l0 – длина участка обработки,
l – длина стружки.
Значение коэффициента усадки в пределах от 2 до 7. Чем больше коэффициент, тем более сложно протекает обработка, тем…
Наростообразование
В результате трения стружки о микронеровности передней поверхности при большой глубине резания, отдельные частицы стружки отделяются от неё и…
Наклёп
Отделение стружки от заготовки есть результат её пластического деформирования. При этом меняются её физико-механические свойства. Это изменение относится к стружке и поверхностному слою обработанной поверхности, поэтому увеличивается прочность, твердость, износостойкость по сравнению с аналогичными свойствами материала до начала резания. Чем сложнее идет процесс резания, то есть больше углы резания, чем пластичнее материал, тем большее уплотнение (наклеп) получает поверхностный слой, тем на наибольшую глубину проникают эти изменения. Степень наклепа характеризуется коэффициентом
HVоп – микротвердость обработанной поверхности
HVисх – исходная твердость материала
i может быть от 3 до 7 (!).
Тепловые явления при резании
Теплота, возникающая при резании, влияет на износ инструмента, на качество обработанной поверхности, изменение физико-механических свойств… Тепловой баланс процесса резания можно записать… Q1 – теплота, выделяемая в результате деформирования материала срезаемого слоя,
Температура резания
В процессе обработки в результате трения поверхностей резца о заготовку и стружку теплота, выделяемая в результате этой работы, накапливается, при… В среднем, температура передней поверхности достигает 200оС. Температура…
Износ режущего инструмента
В процессе резания в результате трения передней и задней поверхностей инструмента о стружку и материал заготовки, происходит изменение геометрии… Износ инструмента по задней поверхности является определяющим. Износ… 1. Абразивный износ. При трении стружки и заготовки об инструмент, их твердые микровключения (частички нароста,…
Силы резания
В результате сопротивления срезаемого материала, упругой пластической деформации, трения между поверхностями резца и заготовки возникают силы… При работе токарного резца сила резания Р может быть представлена в виде трех… Pz - сила касательная к поверхности резания и по направлению совпадает с направлением главного движения;
Скорость резания и стойкость инструмента.
Стойкостью инструмента называют его способность сохранять в рабочем состоянии свои контактные поверхности и режущие кромки. Эта способность… Выбор оптимального периода стойкости является важной технико-экономической… Стойкость инструмента является наиболее важным фактором, определяющим экономически целесообразную скорость V. С…
Токарные станки
2. Автоматы и полуавтоматы многошпиндельные
3. Револьверные станки
4. Сверлильно-обрезные
Точность производства
Точность производства – это степень соответствия изготовленного изделия заданным размерам, форме, механическим и физическим свойствам и иным…
Точность обработки
Абсолютно точно изготовить деталь невозможно, так как при её обработке всегда имеют место те или иные погрешности, как результат отклонения реальных… 1. Отклонениями от геометрической формы детали или её отдельных… 2. Отклонениями действительных размеров от номинальных;
Виды производственных погрешностей
Производственные погрешности обычно делят на два вида:
1. Систематические погрешности, которые в свою очередь бывают постоянными и… Систематические постоянные погрешности – погрешности, имеющие одинаковые значения для всей рассматриваемой…
Распределение случайных погрешностей
Оценку влияния случайных погрешностей на точность технологического процесса оценивают с помощью кривых распределения. Для этого у партии… При большом количестве контролируемых изделий, соединяя центры интервалов,… 1. Поле рассеяния: W=Dmax-Dmin