Влияние вида заготовки на трудоемкость технологических операций обработки типовых самолетных деталей на станках с ЧПУ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.9

ВЛИЯНИЕ ВИДА ЗАГОТОВКИ НА ТРУДОЕМКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ ТИПОВЫХ САМОЛЕТНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Бехметьев Вячеслав Иванович, кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)», г. Москва, РФ.

Аннотация: приведены результаты исследования влияния на трудоемкость видов заготовок, использующихся в современном производстве для формообразования деталей на оборудовании с числовым программным управлением. Ключевые слова: заготовка, ЧПУ, оптимизация, самолетные детали, фрезерование, 3D-модель.

THE INFLUENCE OF PROCUREMENT ON THE COMPLEXITY OF THE PROCESSING OPERATIONS OF MODEL AIRCRAFT PARTS

ON CNC MACHINES

Bekhmet'yev Vyacheslav Ivanovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow, Russia

Summary: The results of the study impact on complexity of the types of blanks used in modern manufacturing for shaping parts in equipment with numerical control. Keywords: billet; numerical program control; optimization; Aircraft parts; milling; 3D Model.

Развитие науки, масштабы практического использования ее результатов в настоящее время становятся важнейшими факторами повышения эффективности промышленного производства. Главенствующими становятся информационные технологии во всех своих аспектах. В современных условиях имеет место качественно новое явление: формируется единая целостная научно-технологическая система [1]. Основной прирост производительности труда обеспечивается путем внедрения

в промышленность новых технических средств и прогрессивных технологических процессов. Это приводит к тому, что все более часто в процессе своей деятельности конструкторам и технологам приходится принимать технические решения путем выбора оптимальных вариантов. Между тем в момент, когда такое решение должно быть принято, иногда они не располагают необходимой исходной информацией. И все же должен быть выбран тот предпочтительный вариант конструкции изделия

или технологического процесса, который затем будет разрабатываться для внедрения в производство [2].

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

При выборе заготовки для детали выбирают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков на обработку, повышения точности размеров и параметров расположения поверхно-

стей усложняется технологическая оснастка заготовительного цеха, возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки с соблюдением заданных требований к качеству. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом условий конкретного производства. При проектировании технологического процесса механической обработки для конструктивно сложных деталей важно иметь данные о конфигурации и размерах заготовки.

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

В действующем производстве учитываются возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования). Также оказывают влияние

плановые сроки подготовки производства (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм, т. е. вся комплексная подготовка производства).

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

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

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

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

ала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.

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

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

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

Выбор способов получения заготовки определяется технологическими свойствами металла, т. е. его литей-

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

образность.

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

Рассмотрим влияние вида заготовки (плита, штамповка) на трудоемкость при обработке конкретной детали «Кронштейн» (рис. 1) на высокоскоростном станке DMU-60 с контурной системой ЧПУ. Представленная 3D-мо-дель кронштейна была выполнена в системе твердотельного моделирования «КОМПАС-3D У15» для последующей технологической проработки [3].

Рис. 1. Электронная модель детали «Кронштейн»

В технологическом процессе изготовления этой детали, которая используется на сегодняшний день, в качестве заготовки применяется плита. Рассмотрим, что же изменится при использовании в технологическом процессе

штампованной заготовки. Приведем сравнительную характеристику изготовления этой детали из плиты и из штамповки (табл. 1). Конструкционный материал кронштейна - титановый сплав ВТ-6.

Таблица 1

Выбрать базовую плоскость

Выполнить цековку базовой плоскости и сверлить 2 базовых отверстия диаметром 14Н9

Операция 05

Операция 05

Установить заготовку в тиски

1. Центровать 2 Б.О.(базовых отверстия) диаметром 14Н9 на глубину 2 мм.

2.Сверлить 2 Б.О. диаметром 14Н9 до Н=30 мм от основания заготовки до конуса сверла.

3.Фрезеровать деталь с припуском 1 мм по теоретическому контуру, выдерживая Н=38 мм до основания заготовки.

4.Фрезеровать деталь с припуском 1 мм по теоретическому контуру, с Н=38 мм до основания заготовки.

5.Сверлить 2 отверстия диаметром 24 мм в торцевых карманах для захода фрезы.

6.Фрезеровать торцевые карманы по дну окончательно, по контуру с припуском 0,5 мм.

7.Фрезеровать поверхность и усиление по теоретическому контуру с припуском 0,1 мм, скос в зоне проушины окончательно.

8.Фрезеровать торцевые карманы по контуру и торцы в районе карманов окончательно.

9.Фрезеровать поверхность, контур усиления и торцы детали в районе технологических ушек окончательно.

10К. Контроль.

Установить заготовку в приспособление по базовой плоскости и базовым отверстиям. Установить прижимы.

1. Фрезеровать деталь с припуском 1 мм по теоретическому контуру.

2. Сверлить 2 отверстия диаметром 24 мм в торцевых карманах для захода фрезы.

3. Фрезеровать торцевые карманы по дну окончательно, по контуру с припуском 0,5 мм.

4. Фрезеровать поверхность и усиление по теоретическому контуру с припуском 0,1 мм, скос в зоне проушины окончательно.

5. Фрезеровать торцевые карманы по контуру и торцы в районе карманов окончательно.

6. Фрезеровать поверхность, контур усиления и торцы детали в районе технологических ушек окончательно.

7К. Контроль.

0перация_10

0перация_10

Установить полуфабрикат в приспособление на универсальную подставку. Установить

прижимы.

¡.Фрезеровать технологические ушки, выдерживая Н=45 мм от основания ложемента.

2.Фрезеровать деталь с припуском 1 мм, выдерживая Н=68 мм от основания ложемента, в районе открытого кармана Н=46 мм.

3.Фрезеровать деталь с припуском 1 мм по контуру и по поверхности. Фрезеровать металл в районе технологических ушек.

4.Фрезеровать теоретический контур детали окончательно.

5. Фрезеровать малкованный торец детали и открытый карман окончательно. Фрезеровать торец, проушину сверху со стороны торца, наружный контур проушины со стороны кармана окончательно. Фрезеровать - доработать радиусы R4 в открытом кармане после фрезы диаметром 16 мм.

6.Фрезеровать наружный контур проушины окончательно.

7.Фрезеровать R 2,5 вокруг проушины, паз в проушине окончательно. Фрезеровать R1 на бонке со стороны проушины.

8.Центровать 2 отверстия диаметром 6Н9 и отверстия диаметром 10Н8.

9.Сверлить 2 сквозных отверстия диаметром 5,8 мм (на чертеже диаметр 6Н9).

10.Сверлить сквозное отверстие диаметром 9,8 мм (на чертеже диаметр 10Н8).

11.Развернуть сквозное отверстие диаметром 10Н8.

12.Фрезеровать наружный контур в зоне технологических припусков окончательно.

13К. Контроль.

Переустановить полуфабрикат в приспособление на универсальную подставку. Установить прижимы.

1. Фрезеровать деталь с припуском 1 мм, выдерживая Н=68 мм от основания ложемента, в районе открытого кармана Н=46 мм.

2.Фрезеровать деталь с припуском 1 мм по контуру и по поверхности. Фрезеровать металл в районе технологических ушек.

3.Фрезеровать теоретический контур детали окончательно.

4. Фрезеровать малкованный торец детали и открытый карман окончательно. Фрезеровать торец, проушину сверху со стороны торца, наружный контур проушины со стороны кармана окончательно. Фрезеровать - доработать радиусы R4 в открытом кармане после фрезы диаметром 16 мм.

5.Фрезеровать наружный контур проушины окончательно.

6.Фрезеровать R 2,5 вокруг проушины, паз в проушине окончательно. Фрезеровать R1 на бонке со стороны проушины.

7.Центровать 2 отверстия диаметром 6Н9 и отверстие диаметром 10Н8.

8.Сверлить 2 сквозных отверстия диаметром 5,8 мм (на чертеже диаметр 6Н9).

9.Сверлить сквозное отверстие диаметром 9,8 мм (на чертеже диаметр 10Н8).

10.Развернуть сквозное отверстие диаметром 10Н8.

11. Фрезеровать наружный контур в

зоне технологических припусков окончательно.

12К. Контроль.

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

1. Снизилось количество технологических проходов из-за уменьшения объема снимаемого материала.

2. Как следствие, произошло увели-

чение срока службы режущего инструмента.

3. Основное (машинное) время сократилось на 30 %, что привело снижению общей трудоемкости технологических операций.

4. Имеет место быть экономия дорогостоящего конструкционного материала ВТ-6 (вес плиты - 9,7 кг, вес штамповки - 6,928 кг).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бойцов Б. В., Кузнецов М. А., Элькин Г. И. Концепция качества жизни: проблемы в глобальном и региональном измерениях. - М. : Академия проблем качества, 2012.

2. Кряжев Д. Ю. Фрезерная обработка на станках с ЧПУ - М. : Ирлен Инжиниринг, 2005.

3. Азбука КОМПАС-SD V15. // Коллектив Аскон. - М.: АСКОН, 2014.

REFERENCES

1. Boytsov B. V., Kuznetsov M. A., El'kin G. I. Kontseptsiya kachestva zhizni: problemy v global'nom i regional'nom izmereniyakh. - M. : Akademiya problem kachestva, 2012.

2. Kryazhev D. Yu. Frezernaya obrabotka na stankakh s ChPU. - M. : Irlen Inzhiniring, 2005.

3. Azbuka KOMPAS-3D V15. // Kollektiv Askon. - M.: ASKON, 2014.

Материал поступил в редакцию 30.03.2017

© Бехметьев В. И., 2017