Технологічний процес виготовлення деталей - технічна система

При розробці технологічного ланцюжка обробки однієї або кількох поверхонь заготовки виникає потреба розгляду багатьох варіантів варіантів обробки, як окремої поверхні, так і всієї заготовки в цілому. Множинність і багатоваріантність технологічних ланцюгів виготовлення деталей машин вимагає або послідовного розгляду кожної технологічного ланцюжка, або використовувати метод «крутого сходження» до оптимального варіанту. Метод крутого сходження можливий тільки при поданні технологічного процесу і кожного методу виготовлення деталі вигляді технічної системи з подальшим системним аналізом узагальненої структурної схеми технологічного процесу виробництва виробу.

Системою називається організований комплекс засобів необхідних для досягнення спільної мети. При цьому даний комплекс має ієрархічну структуру, кожен з елементів якої за ступенями ієрархії є засобом досягнення мети елемента або підсистеми більш високого рівня.

Технологічний процес виготовлення деталі (і машини в цілому) можна представити у вигляді багаторівневої, складної технічної системи, що складається з формального набору блоків (рис. 2.1).

Вихідними даними для цієї системи є: креслення деталі, матеріал деталі, величина оброблюваної партії, умови роботи деталі у вузлі і машини в цілому, умови виробництва (блок «Вихідні дані»).

Зовнішній блок «Заготівля» в процесі реалізації технологічного процесу піддається енергетичного впливу і видозмінюється (по геометричним і фізичним параметрам), перетворюючись в готову деталь

(Блок «Деталь»). Заготівля може бути отримана різними методами пластичного деформування, литтям, або поєднанням методів: «пластичне деформування - сварка»(штампозварні заготовки); «Лиття - зварка» (ливарно-зварні заготовки).

 

Енергетичний зв’язок Інформаційний зв’язок е Заготовка Вихідні дані
Характеристика деталі
Матеріал	Креслення
Величина партії
і Умови роботи деталі
Д Умови виробництва

ПЧ

Б

е^11

і^11

е^12

і^12

Чр

е^13

і^13

і^15

(і^14)

і^14

Х

е^14

О

е^14

е^15.1

е^15 (е^14)

Чт

Ф

е^15.2

і^15

і^15

ВБ

е^16

і^16

і^17

е^17

е^18

і^18

 

 

Рис.2.1. Структура технічної системи «Технологічний процес»:

З - зовнішній блок «Заготівля»; Б - блок «Обробка базових поверхонь»; Чр - блок «Чорнова обробка)»; Пч - блок «Напівчистова обробка»; Про - блок «Обробка дрібних поверхонь»; Х - блок «Термічна і хіміко-термічна обробка»; Чт - блок «Чистова обробка»; СБ – блок «Відновлення базових поверхонь»; Ф - блок «Фінішна обробка»; Д - зовнішній блок «Деталь»; Е - енергетичний зв'язок; І – інформаційна зв'язок.

Блок «Заготівля» пов'язаний з технологічним процесом виготовлення деталі (ТП) позитивної зв'язком (): Метод отримання заготовки, її відповідність з геометричним і фізичним параметрам готової деталі визначають структуру, зміст і трудомісткість ТП. Сам ТП пов'язаний з зовнішнім блоком «Вихідні дані» зворотним зв'язком «І», тому що при реалізації ТП на конкретному виробництві деталь може виявитися нетехнологічною, і виникне необхідність коригування креслення деталі.

Технологічність - ступінь відповідності деталі умови конкретного виробництва. Цю ступінь відповідності можна оцінити по мінімізації витрат на виготовлення деталі (собівартість) при заданою програмою випуску деталі і заданої її точності.

Технологічний процес обробки деталі (перший рівень) можна розділити на 8 внутрішніх блоків:

1. «Обробка базових поверхонь» - ТП починається з обробки баз (Поверхня, лінія, точка або їх поєднання, що визначають положення заготовки в робочих пристосування верстата).

2. «Чорнова обробка» - далі необхідно зняти найбільший припуск, залишивши шар матеріалу для подальше опрацювання. При механічній обробці заготовок застосовується метод поступового наближення до потрібного розміру, що дозволяє отримати високу точність оброблюваної поверхні.

3. «Напівчистова обробка»;

4. «Обробка дрібних поверхонь» - при чорнової і напівчистової обробки заготівля нагрілася, їй необхідно дати охолонути. Тому проводять обробку дрібних невідповідальних поверхонь.

5. «Термічна і хіміко-термічна обробка» - дозволяє отримати необхідні фізико-хімічні властивості.

6. «Чистова обробка» - отримання необхідних точних параметрів деталі.

7. «Відновлення базових поверхонь» - часто перед чистовою обробкою необхідно відновить якість базових поверхонь (при обробці валів і дисків з центральним отвором).

8. «Фінішна обробка» - отримання необхідної якості поверхні готової деталі.

При обробці корпусних деталей, зазвичай відсутні блоки «Х» і «БВ». При обробці деталей з незагартованих сталей (чавунів, сплавів кольорових металів) можлива відсутність блоку «Х». При обробці круглих і некруглих стрижнів можливо відсутність блоку «СБ». При обробці дисків можливе суміщення блоків «СБ» і «Ч» (обробка зубчастих коліс). При обробці деталей з низькими вимогами до якості обробленої поверхні можлива відсутність блоку «Ф».

Всі блоки пов'язані позитивної енергетичної і негативною інформаційної зв'язками.

Енергетичний зв'язок (Е) - зміна розмірних, геометричних, фізико-хімічних показників заготовки; показники заготовки, що впливають на якість обробки деталі (спадковість) і т.д.

Інформаційна зв'язок (І) - технологічні вимоги наступного блоку до попереднього (технологічність); допуски на похибки виготовлення заготовки, що дозволяють виготовити деталь необхідної якості і т.д.

Кожен внутрішній блок складається з декількох блоків другого рівня - ТО (технологічних операцій). Блоки ТО (рис. 2.2) пов'язані: прямими енергетичними та зворотними інформаційними зв'язками (аналогічними зв'язках першого рівня).

Рис.2.2. Структура внутрішнього блоку (другий рівень).

Кожен блок ТО можна представити у вигляді двох зв'язаних прямим енергетичним зв'язком ланок: забезпечує (ОЗ) і чинного (ДЗ) ланки (рис. 2.3).

Рис.2.3. Структура технологічної операції.

Забезпечує ланка (ОЗ): забезпечує необхідні показники ТО. В склад цієї ланки входять: розмірні, геометричні, фізико-хімічні показники заготовки; технологічні, жорсткісні показники обладнання, оснащення та інструменту, що забезпечують необхідну точність оброблення; режими різання, що забезпечують задану продуктивність; економічні показники, що забезпечують мінімальну собівартість обробки.

Чинна ланка (ДЗ) - являє собою технологічні дії зі зміни показників заготовки в показники деталі. Одним з головних елементів чинного ланки є метод обробки.

У свою чергу, метод виготовлення деталі визначається способами формування заданих параметрів їх якості з продуктивністю, відповідної найменшим витратам в даних умовах виробництва. З цього випливає, що спільною метою, яка досягається при застосуванні того чи іншого методу виготовлення деталі отримання вироби із заданими параметрами якості. Методу виготовлення деталі як будь-якій системі притаманні чотири основних властивості: цілісність і членимость; властивість зв'язку; організація; інтегративні якості.

 

Цілісність і членимость

 

Метод механічної обробки

Спосіб впливу на обробляючий матеріал

Обробляючий інструмент

Динамічні характеристики

Кінематичні характеристики

Статичні характеристики

Це властивість проявляється в структурі системи, яка представляє собою стійку впорядкованість в просторі і в часі її елементів і зв'язків. Технологічна структура методу виготовлення деталей представлена на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Технологічна структура методу виготовлення деталей

Система «Метод виготовлення деталі» складається з п'яти основних підсистем (рис. 2.5): «Спосіб впливу на оброблюваний матеріал»; «Кінематичні характеристики»; «Оброблювальний інструмент»; «динамічні характеристики»; «Статичні характеристики».

Кожна з цих підсистем складається з підсистем нижчого рівня, які, в свою чергу, можуть бути розділені на окремі елементи. Кожен з елементів системи має свою власну мету, без досягнення якої загальна мета системи не може бути досягнута.

 

 

Траекторія руху

Напрям руху

Швидкість руху

Прискорення руху

Ступінь деформації

Знак деформації

Швидкість деформації

Вид навантаження

Температура деформації

Розміри зони деформації

Фазові перетворення

Фізико-хімічні контактні характеристики

Пружні деформації

Деформації в стані загальної текучості

Деформації при зміцненні

Деформації при руйнуванні

Величини сил

Напрям дії сил

Закони зміни величини і напряму дії сил

Жорсткість технологічної системи

Пряма

Зворотна

Розтягнення

Стягнення

Згин

Зсув

Кручення

Зріз

Холодна

Тепла

Гаряча

Форма і мікрогеометрія робочих поверхонь

Мікрогеометрія робочих поверхонь

Фізико-математичні властивості поверхневого шару

Спосіб установки заготовки

Спосіб установки інструмента

Спосіб отримання розміру

 

 

Рис. 2.5. Склад системи «Метод виготовлення деталі»

Так, якщо за допомогою способу впливу фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу не будуть певним чином змінені, то при різанні не відбудеться стружкоутворення, а при поверхневій пластичній деформації - зниження шорсткості обробляючої поверхні і її зміцнення. Чи не забезпечивши кінематичних рухів інструменту і деталі, неможливо здійснити формоутворення обробляючої поверхні, сформувати її макро- і мікрогеометрію. без інструмента не може бути вироблено вплив на оброблювану поверхню або обсяг матеріалу. Не враховуючи статичні і динамічні характеристики, зокрема, жорсткість технологічної системи неможливо забезпечити точність розміру, форми і розташування поверхонь деталі. Невиконання хоча б однієї з вищевказаних приватних цілей тягне за собою невиконання спільної мети всієї системи «Метод виготовлення деталі». Отже, хоча система і складається з певного числа елементів, тобто членимость, в той же час вона являє собою єдине ціле, тому що кожен з вищевказаних елементів, необхідний для досягнення спільної мети системи.

 

Властивість зв'язку

 

Систему характеризує наявність істотних стійких зв'язків між елементами або їх властивостями, які перевершують за потужністю зв'язку цих елементів з елементами, що не відносяться до даної системи. Зв'язок являє собою фізичний канал, по якому забезпечується обмін речовиною, енергією та інформацією між елементами системи, а також системи і навколишнього середовища. Основними характеристиками зв'язку є фізичне наповнення, спрямованість, потужність і роль в системі.

За фізичним наповненню розрізняються зв'язку речові, енергетичні, інформаційні, змішані і не наповнені (відносини).

У напрямку розрізняють зв'язку прямі, зворотні, контрзв’язки і нейтральні.

За ролі в системі розрізняють зв'язку: з'єднувальні, що обмежують, підсилюють, ослабляють, запізнілі, що випереджають, миттєві, селекціонуючі, що перетворюють, що погоджують і так далі

Аналіз зв'язків між основними характеристиками методу обробки показує наступне. При реалізації будь-якого методу обробки на поверхню деталі здійснюється ту чи іншу енергетичний вплив. Вид підводиться до поверхні деталі енергії визначається способом впливу на оброблюваний матеріал. У свою чергу, спосіб впливу однозначно визначає характеристики інструменту, за допомогою якого здійснюється енергетичний вплив на оброблювану поверхню. Найчастіше, інструмент впливає на поверхню деталі локально, тобто енергія передається окремими квантами. Так як обробка повинна бути проведена по всій поверхні, то джерело енергії повинен переміщуватися, причому кінематика його руху визначається формою обробляючої поверхні. Необхідно відзначити, що при механічній обробці для енергетичного впливу на поверхню деталі використовуються кінетичні рухи, що повідомляються інструменту і деталі. Згідно Закону механіки про рівність сил дії і протидії при впровадженні інструмента в оброблювану поверхню виникає система сил, діючих на деталь і інструмент і характеризують динаміку процесу. Згідно з тим же законом для врівноваження системи зовнішніх сил і збереження постійного відносного положення інструменту і деталі при обробці необхідна система статичних сил, що визначається статичними характеристиками методу виготовлення деталі. З цього випливає, що в методі виготовлення деталі між елементами існують енергетичні погоджують прямі і зворотні зв'язки, різні за своєю потужністю.

Аналіз зв'язків, існуючих між характеристиками методу виготовлення деталі, а також між останніми і елементами системи «технологічна операція», підсистемою якої є«Метод виготовлення деталі», дозволяє виявити значну відмінність в потужності двох вищезазначених варіантів зв'язків. Так, наприклад, спосіб впливу завжди однозначно визначає характеристики інструменту, і, в свою чергу, інструмент завжди є носієм будь-якого способу впливу. Елементи технологічної операції, що виконують контроль розміру деталі пов'язані з інструментом тільки через його знос, тобто через його властивість. Якщо здійснюється метод обробки, то при досягненні певної величини зносу інструменту в разі виходу розміру деталі за поле допуску здійснюється його зміна або переналагодження. Даний зв'язок не постійна, а періодичний. Таким чином, можна зробити висновок, що потужність зв'язку між елементами системи «Метод виготовлення деталі» «спосіб впливу» - «інструментів»більше потужності зв'язку характеристики методу виготовлення деталі (інструменту) з елементами іншої системи (елементи, які контролюють розмір деталі і т.д.), яка в цьому випадку є зовнішнім середовищем для системи «Метод виготовлення деталі».