CC BY
54
УДК 621
ПРИТУПЛЕНИЕ ОСТРЫХ КРОМОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ: ВЫБОР И ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЙ
Сергей Александрович Дружинин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (913)900-72-65, e-mail: druzhinin87@yandex.ru
Павел Вадимович Петров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, кафедра фотоники и приборостроения, тел. (905)958-50-92, e-mail: krasko.petroff@yandex.ru
В статье рассматривается проблема удаления острых кромок, образуемых в результате обработки резанием. Анализируется терминология. Определяется место задачи в общей схеме производственного процесса. Систематизируются технологии удаления острых кромок. Предлагается методика выбора и оценки технологии удаления острых кромок.
Ключевые слова: острые кромки, обработка резанием, технологии притупления кромок, расчетные формулы трудоемкости
BLUNTING OF SHARP EDGES ON METAL PRODUCTS IN INSTRUMENTATION: SELECTION AND EVALUATION OF TECHNOLOGIES
Sergey A. Druzhinin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (913)900-72-65, e-mail: druzhinin87@yandex.ru
Pavel V. Petrov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (905)958-50-92, e-mail: krasko.petroff@yandex.ru
The article deals with the problem of removing sharp edges formed as a result of cutting. The terminology is analyzed. The place of the task in the general scheme of the production process is determined. Technologies for removing sharp edges are systematized. A method for selecting and evaluating the technology for removing sharp edges is proposed.
Keywords: sharp edges, cutting processing, edge blunting technologies, calculation formulas for labor intensity
Самый простой способ не притуплять острые кромки на изделии - это избавиться от их возникновения, предотвратить их образование. Поскольку основным способом формообразования современных изделий в приборостроении является резание, то острые кромки - неотъемлемая часть этого процесса (рис. 1). Значит, избежать их возникновения не удается и, следовательно, задача притупления острых кромок актуальна, как и технологии их удаления. Актуальность темы исследования определяется также большой трудоемкостью работ по при-
туплению острых кромок, разнообразием технологий в данной области и необходимостью выбора предпочтительного варианта технологии.
В технической, справочной литературе [1, 2] и непосредственно на производстве часто встречаются наименования некоторых слесарных переходов, воспринимаемые как синонимы. Например, в отношении притупления острых кромок - такие как «устранить грат», «снять грат с отверстия, легко зенкуя», «притупить острые кромки», «снять заусенцы», «притупить ребра». Объекты притупления также воспринимаются как синонимы: грат, заусенцы, острые кромки, ребра.
Анализ действующих ГОСТ [3, 4] и стандартов Новосибирского приборостроительного завода (НПЗ) [2, 5], регламентирующих запись в технологической документации наименований слесарных работ и переходов обработки резанием, показал, что термин «грат» в них отсутствует.
В ходе анализа описаний технологических операций и переходов, выполняемых в механических цехах НПЗ для притупления острых кромок, были выявлены терминологические казусы.
Например, «снять заусенцы, зенкуя» с указанием сверла в качестве режущего инструмента; «зенковать отверстие» (сверлом), «легко зенковать отверстие под резьбу» (сверлом), «зенковать острые кромки на входе отверстия» (сверлом). Казусы состоят в данном случае в установлении тождества между различными типами режущего инструмента: зенковкой и сверлом. Как известно, зенкуют зенковкой, а сверлят (или рассверливают) сверлом. В данном случае термин «зенковать» означает работу по снятию заусенцев (удалению кромок) на входе отверстия, с применением спирального сверла. Правильнее (точнее) был бы любой из двух вариантов: «зенковать острые кромки на входе отверстия зенковкой» или «притупить острые кромки на входе отверстия спиральным сверлом».
Рис. 1. Изображение отверстия в трубе с заусенцами
Анализ действующих ГОСТ [3, 4], регламентирующих запись в технологической документации наименования слесарных работ и переходов обработки резанием в приборо- и машиностроении, выявил полное отсутствие наименований переходов, связанных с притуплением острых кромок!
Однако в стандарте НПЗ [5], который разработан и дополняет соответствующий вышеупомянутый ГОСТ [4], среди основных терминов технологических переходов указаны такие переходы, как «зенковать», «притупить», «снять», «удалить». Среди примеров записи переходов приведен пример перехода «снять заусенцы». В другом стандарте НПЗ [2], который также разработан в соответствии и в дополнении подобного вышеупомянутого ГОСТ [3], среди примеров записи переходов слесарных операций, приведены примеры переходов «притупить ребра» и «снять заусенцы».
Таким образом, в современных условиях НПЗ при описании переходов по притуплению острых кромок резанием, чаще всего применяются термины «заусенцы» и «острые кромки». Реже используется термин «ребра». Перестал применяться термин «грат».
Задача удаления острых кромок возникает и решается на всех стадиях производства: на заготовительной стадии, обрабатывающей стадии (в основном) и стадии сборки.
Местоположение данных работ в общей схеме производственного процесса, независимо от типа производства изделий, представлено схематично (рис. 2).
притупление острых кромок на завершающем этапе стадии
притупление острых кромок на всем протяжении стадии
притупление острых кромок на всем протяжении стадии
1
окончание
Рис. 2. Место работ по притуплению острых кромок в общей схеме
производственного процесса
На заготовительной стадии притупление острых кромок необходимо для подготовки исходной заготовки к обрабатывающей стадии, например, снятие заусенцев на штампованной заготовке, полученной холодной штамповкой из листа; опиливание отливки; обработка сварочного шва на сварной заготовке. Данные работы выполняются, в основном, при завершении заготовительной стадии.
На обрабатывающей стадии такие работы более объемны и трудоемки, занимая существенную долю времени среди остальных обрабатывающих работ. Притупление острых кромок имеет место в течение всей обрабатывающей стадии, во время и после станочной обработки.
На сборочной стадии таких работ меньше, чем на предыдущих стадиях, и они необходимы для механического соединения деталей в сборочную единицу. Например, калибровать (прогнать) резьбовое отверстие метчиком; убрать заусенцы в засверленном под штифт отверстии шабером или напильником. Притупление острых кромок имеет место в течение всей сборочной стадии.
В целом, назначение притупления острых кромок состоит в достижении двух целей: избежать повреждений человека (на стадии производства и эксплуатации прибора), а также повреждений самого прибора, частью которого являются детали с острыми кромками.
На технологию, структуру и организацию работ по притуплению острых кромок влияют многие факторы. В общем случае, это:
• состояние конкретной производственной среды, включая уровень автоматизации производства, состав имеющегося оборудования, традиции производства, квалификация работников и т.п.;
• характеристики изделия с острыми кромками;
• тип производства изделия.
В единичном приборостроении такие работы выполняются с учетом технической и организационной целесообразности, и, в конечном счете, экономичности. Такая обработка не сложна, не требует особых режимов и выполняется вручную.
В ходе токарных и сверлильных операций работы по притуплению кромок представляют собой самостоятельные технологические переходы и выполняются самими станочниками в той же операции, где и другие переходы (в случае токарной операции), либо в отдельной станочной операции (в случае сверлильной операции).
После фрезерных и шлифовальных операций такая обработка выделяется в отдельные слесарные операции, которые выполняются на одном и том же рабочем месте в комплексе с другими слесарными работами (например, с опиловкой, шабрением, калибровкой, разметкой и керновкой) работниками относительно невысокой квалификации.
Для притупления острых кромок применяются универсальные и относительно простые по конструкции инструменты. Например, в токарных операциях - это проходные резцы, сверла и надфили. В сверлильных операциях -это сверла и зенковки. В слесарных операциях после токарной обработки
не тел вращения, сверления взаимно проникающих отверстий, фрезерования и шлифования - это напильники, надфили, шаберы, шлифовальные шкурки, а также метчики, сверла и развертки для калибрования взаимно проникающих отверстий.
Мелкосерийное производство может быть как неавтоматизированным, так и автоматизированным. В неавтоматизированном мелкосерийном производстве притупление острых кромок может выполняться как вручную, так и с помощью малой механизации.
В основном, технология притупления острых кромок - такая же, как в единичном производстве. Примерами применяемых средств малой механизации являются ленточно-зачистные (шлифовальные) станки с «бесконечной» шлифовальной лентой, иногда приводные бор-фрезы. Акцент сделан на поштучное притупление острых кромок универсальным инструментом.
В автоматизированном мелкосерийном производстве применяется оборудование с ЧПУ. На токарных станках с ЧПУ притупление кромок выполняется контурными резцами и центровочными сверлами в тех же операциях, где обрабатываются основные поверхности. На сверлильных и фрезерных станках с ЧПУ, а также во фрезерных операциях на универсальных станках, притупление кромок выполняется редко. Такие работы выделяются в отдельные слесарные операции и выполняются на верстаках напильниками, надфилями, сверлами и зенковками на настольных одношпиндельных станках, механическими бор-фрезами, а также абразивными лентами на ленточно-шлифовальных станках. Кромки на взаимно проникающих отверстиях притупляются вручную калиброванием (прогонкой) с помощью сверл, зенкеров, разверток и метчиков.
В среднесерийном производстве, в основном, применяется оборудование с ЧПУ, в том числе станки типа «обрабатывающий центр». В этом случае для притупления острых кромок применяют контурные резцы, центровочные сверла, сверло-фрезы, фасочные фрезы и зенковки. Технологические переходы при этом выполняются не совмещенными и последовательными в отношении других технологических переходов, где обрабатываются основные поверхности.
Все реже, но до сих пор в серийном производстве применяется оборудование с механическим управлением, например, револьверные станки, многошпиндельные однорядные сверлильные станки с многошпиндельными револьверными и сверлильными головками, фрезерные станки с револьверными головками. В этом случае притупление острых кромок выполняется фасочными резцами, спиральными сверлами, центровочными сверлами, зенковками в переходах, совмещенными в пространстве и во времени с другими технологическими переходами.
Нередки случаи, когда притупление кромок выносится за пределы станочных операций и выполняются в слесарных операциях. Помимо традиционных технологий в этих условиях практикуется автоматическое снятие кромок, которое выполняется, в частности, на виброабразивных полуавтоматах над множеством изделий (до нескольких тысяч).
В условиях крупносерийного производства, и тем более массового, возможно наибольшее разнообразие технологий притупления острых кромок [6, 7], в частности обработкой резанием, химическими способами, ультразвуковыми, электрофизическими, термоимпульсными способами, абразивной обработкой, технологией взрывом. Эти технологии высокопроизводительны и позволяют обрабатывать большое число изделий одновременно.
В ряде случаев притупление острых кромок в крупносерийном и массовом производстве может быть полностью выполнено в рамках станочных операций обработки основных поверхностей изделий. Независимо от вида обработки станочные операции выполняются на одно-, многошпиндельном и многопозиционном оборудовании: автоматах, полуавтоматах и агрегатных станках с кулачковым управлением и ЧПУ. Технологические переходы, связанные с притуплением кромок, выполняются совместно с переходами по формообразованию основных поверхностей с применением комбинированных режущих инструментов, таких как фасонные резцы, ступенчатые осесимметричные инструменты.
По степени автоматизации и независимо от типа производства основные способы притупления острых кромок были разделены на три группы: ручные, механические и автоматические (программируемые).
К ручным способам следует отнести:
• притупление прямо- и криволинейных кромок напильником, надфилем, шабером, шлифовальным бруском;
• притупление прямо- и криволинейных кромок самоцентрирующимся шабером;
• притупление криволинейных кромок во взаимопроникающих цилиндрических поверхностях (калибрование, прогон) разверткой, зенкером, сверлом, метчиком и плашкой.
К механическим способам притупления острых кромок следует отнести:
• притупление прямолинейных кромок на мелких не телах вращения приводной (вращающейся) абразивной лентой на ленточно-зачистном станке;
• притупление прямолинейных, круглых и криволинейных кромок приводными (вращающимися) бор-фрезами;
• притупление круглых кромок резцами, центровочными сверлами и зенковками на пересечении наружных и внутренних поверхностей вращения с торцами тел вращений, с обязательным вращением последних на станках токарной группы;
• притупление круглых кромок в отверстиях на неподвижных не телах вращения вращающимися сверло-фрезами, сверлами и зенковками на станках сверлильной группы;
• притупление круглых кромок в труднодоступных местах отверстий приводными разрезными зенковками фирмы «Madison» (Германия).
К автоматическим и полуавтоматическим способам следует отнести:
• притупление острых кромок различных контуров фасочной фрезой;
• притупление острых кромок различных контуров абразивными зернами на виброобразивных машинах;
• притупление острых кромок с применением высокопроизводительных, дорогостоящих нетрадиционных технологий.
Каждый из вышеперечисленных способов был рассмотрен по общей схеме: сущность, область применения, иллюстрация и формула вычисления трудоемкости притупления кромок выбранным (или заданным) способом на одном изделии в одной операции. Наиболее полные результаты данного обобщения представлены в бакалаврской работе [8]. Главным итогом систематизации является методика выбора технологии удаления кромок, представленная в таблице.
Выбор технологии удаления кромок
Технологии притупления острых кромок Для размеров каких изделий применима технология (мелких - М, до 100 мм; средних - С, до 300 мм; крупных - К, свыше 300 мм) Для притупления каких кромок применима технология (круглых - О, линейных - Л, фасонных - Ф, пересекающихся - Х) Наличие формул расчета трудоемкости притупления кромок по данной технологии (наличие данных по стоимости) Альтернативные технологии притупления острых кромок (№№), без учета технологических тонкостей
Напильником, шабером М, С, К О, Л, Ф + (-) 2, 4-7, 9-11
Самоцентрирующим шабером М, С, К О, Л, Ф _ 1, 4-7, 9-11
Калиброванием М, С Х + (-) 10, 11
На ленточно-зачист-ном станке М, С Л _ 1, 2, 5, 9-11
Бор-фрезой С, К О, Л, Ф + (-) 1, 2, 4, 6-11
Резцом, сверлом, зенковкой на телах вращения М, С, К (резцом); М, С (сверлом, зенковкой) О + (-) 1, 2, 5, 8, 10, 11
Сверло-фрезой, сверлом, зенковкой на не телах вращения М, С О + (-) 1, 2, 5, 8-11
Зенковкой фирмы «Медисон» М, С О _ 5, 10, 11
Фасочной фрезой М, С, К О, Л, Ф + (+) 1,2,4,5,7,10,11
На вибромашине (ВМ) М, С (для рассмотренных моделей ВМ) О, Л, Ф, Х + (-) 1-9, 11
Спецтехнологиями М, С, К О, Л, Ф, Х 1-10
Надо признать, что методика, как результат, несовершенна. Из таблицы видно, что отсутствуют расчетные формулы для количественной оценки целого
ряда традиционных и современных технологий притупления острых кромок. Это касается как показателя трудоемкости, так и показателя стоимости. Как следствие, невозможность полноценного сравнения различных технологий удаления острых кромок между собой по количественным показателям эффективности. Основная причина недоработки - отсутствие доступной информации. Поиск необходимых сведений должен быть расширен и углублен. Можно считать это основанием для дальнейшей работы в данном направлении.
Несмотря на недостатки, разработанная методика обобщает отечественную и зарубежную информацию [9-12] в данной области, открыта для развития и пополнения информацией, а также предрасположена к автоматизации вычислений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Драгун, А.П. Режущий инструмент [Текст] : для молодых рабочих / А.П. Драгун. -Л.: Лениздат, 1986. - 271 с.
2. СТП АЛ-3.199-81 Система технологической документации. Правила записи переходов [Текст] : стандарт предприятия. - Введ. 1980. - Новосибирск : НПЗ, 1981. - 22 с.
3. ГОСТ 3.1703-79 ЕСТД. Правила записи операций и переходов. Слесарные, слесарно-сборочные работы [Текст] : межгосударственный стандарт. - Введ. 01.01.81 - ИПК Издательство стандартов, 2003. - 6 с.
4. ГОСТ 3.1702-79 ЕСТД. Правила записи операций и переходов. Обработка резанием [Текст] : межгосударственный стандарт. - Введ. 01.01.81 - ИПК Издательство стандартов, 2001. - 21 с.
5. СТП АЛ-3.181-81 Система технологической документации. Правила оформления технологической документации на процессы обработки резанием [Текст] : стандарт предприятия. - Введ. 1980. - Новосибирск : НПЗ, 1981. - 62 с.
6. Современные технологии удаления заусенцев в отверстиях малых диаметров при изготовлении деталей гидравлического оборудования [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://stanko-arena.ru/article/sovremennye-tekhnologii-udaleniya-zausentsev-v-otverstiyakh-malykh-diametrov.html - Загл. с экрана.
7. Снятие заусенцев и притупление острых кромок [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://studme.org/267771/tehnika/snyatie_zausentsev_prituplenie ostryh_kromok - Загл. с экрана.
8. Дружинин С. А. Разработка методики выбора и применения технологии удаления острых кромок / Выпускная квалификационная работа по направлению 12.03.01 Приборостроение, Новосибирск, СГУГиТ, 2021. - 51 с.
9. Обработка отверстий [Текст] // Каталог и техническое руководство фирмы «SECO TOOLS», Швеция, 2010. - 534 с.
10.Фрезы фасочные для обработки фасок [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://tme-osnastka.ru/frezy/frezy-fasochnye/ - Загл. с экрана.
11. Фрезерование [Текст] // Каталог и техническое руководство фирмы «SECO TOOLS», Швеция, 2009. - 572 с.
12. Твердосплавный инструмент [Текст] // Каталог фирмы TNV, Дания, 2014. - 139 с.
© С. А. Дружинин, П. В. Петров, 2021
