АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

 

  Главная       Учебники - Самолёты      АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

1     2      3      4       5       6        7

 


 

Учебное пособие по выполнению раздела дипломного проекта


 

“АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ”


 

  1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И НОМЕНКЛАТУРА ДЕТАЛЕЙ

    ВЕРТОЛЕТОВ, ОБРАБАТЫВАЕМЫХ НА СТАНКАХ С ЧПУ

    Современный вертолет можно без преувеличения отнести к числу наиболее сложных технических систем, созданных цивилизацией. Спо-собность совершить взлет и посадку на минимальной площади, в горной местности, на море, в городской черте, выполнить сложный маневр в условиях ограниченной видимости и развивать при этом скорости свыше 300 км/час, обеспечение живучести летательного аппара-та при поражении малым и даже средним средством достигнуты ценой исключительно высокой энерговооруженности и усложнения всех сис-тем при максимальном снижении веса и использовании уникальных конструктивных и технологических решений [1]. Перечисленные об-стоятельства, непрерывный прогресс в области авиационного материа-ловедения, а также то, что каждый вновь создаваемый средний и тяже-лый вертолет некоммерческого применения разрабатывается для ре-шения специфических задач, и поэтому по-своему уникален, резко осложняют задачи унификации и повышения производственной тех-нологичности.

    Рассмотрение в настоящем разделе важнейших типов деталей в связи с технологическими свойствами сталей и сплавов позволяет бо-лее осознанно подойти к разработке технологии механической обра-ботки и рациональному выбору средств технологического оснащения.

      1. Конструкторско-технологическая классификация деталей вертолетов, обрабатываемых на оборудовании с ЧПУ

        В соответствии со структурой «Общероссийского классификатора деталей машиностроения и приборостроения», все детали подразделя-ются на «тела вращения» (классы 71, 72) и «не тела вращения» (классы 73–75). Несмотря на применение в конструкции вертолета огромного числа деталей – тел вращения, для которых формообразование выпол-няется, в основном, токарной обработкой, такие детали не характерны для конструкции планера вертолета (возможно, за исключением дета-лей трансмиссии). Поэтому приводимое ниже классификационное де-ление распространяется на детали – не тела вращения, наиболее слож-ные, трудоемкие и наименее технологичные. Здесь следует уточнить, что применяемый ниже термин «деталь» может употребляться в более широком смысле, чем это принято в учебниках по технологии маши-ностроения. А именно, деталью будет называться объект производст-ва, подвергаемый механической обработке на оборудовании с ЧПУ. Под это определение подпадают, следовательно, кроме деталей, вы-

        полняемых из литых, штампованных заготовок и проката, детали, за-готовки которых получены сваркой, склейкой, клепкой, тем или иным способом формования полимеркомпозитов и т.д.

        Состав перечня классификационных признаков деталей обусловлен единственной целью его использования – построением рациональной технологии обработки на оборудовании с ЧПУ, и не претендует на решение задач автоматизации разработки технологических процессов.

        Таблица 1.1

        image

        image

        Технологическая классификация деталей


         

        Классификационный признак

        Значение признака

        Примечание

        Определяют типоразмеры станка, приспособления, инструмента

        I.Типоразмер детали

           

        II. Типоразмер конструктивных элементов

        (М, С, К, ОК)

        (М, С, К)

         

        III. Расположение обрабаты-ваемых конструктивных эле-ментов

           

        IV. Необходимое количество программируемых координат

           

        V. Материал

           

        Определяют схему приспособления и выбор технологических баз

        VI. Вид заготовки

           

        VII. Способ базирования

         

        Плоскость + 2

        отв. и т.п.

        1. Мелкие (М)

        2. Средние (С)

        3. Крупные (К)

        4. Очень крупные (ОК)

        1. Площадь основания ко-лодцев (М, С, К, ОК)

        2. Радиус сопряжения стенок

        3. Высота стенок колодцев

        4. Радиус сопряжения стенок и дна колодцев (М, С, К)

        1. Односторонние

        2. Двухсторонние

        3. Корпусные

        1. 2-координатные

        2. 3-координатные

        3. 4-координатные

        1. Легкие сплавы

        2. Стали

        3. Стеклопластики

        1. Профиль

        2. Плиты, поковки

        3. Отливки, штамповки

        4. Сварные

        5. Полимеркомпозитные

        1. На технологические базы

        2. С базированием на торцы ребер и полотно

        3. С базированием на полотно

        4. С базированием на торцы ребер

        Продолжение табл. 1.1


         

        Классификационный признак

        Значение признака

        Примечание

        VIII. Схема закрепления

         

        На аэродинамиче-ские поверхности

        Определяют состав и последовательность операций

        IX. Степень унификации

           

        X. Точность

           

        XI. Жесткость

           

        XII. Трудоемкость

         

        Объем удаляемого материала

        Определяют перемещения инструмента при обработке основных конструктив-ных элементов

        XIII. Характер наружного контура:

           

        XIV.Тип

        наружного контура

        элементов контура

         

        XV. Наличие окон и отверстий

           

        XVI. Границы колод-цев

           

        XVII. Контуры колодцев

           

        XVIII. Глубина колодцев

           

        XIX. Границы полотен

           
        1. В тисках

        2. Прижимами

        3. Вакуумное

        1. Нормализованные

        2. Типовые

        3. Уникальные

        1. Низкая

        2. Средняя

        3. Высокая

        1. Жесткие

        2. Средняя

        3. Малая

        1. Низкая

        2. Средняя

        3. Высокая

        1. С наружными и внутренними контурами

        2. С закрытым наружным конту-ром

        3. С открытым наружным конту-ром

        1. С сопрягаемыми контурами

        2. Без сопрягаемых контуров

        3. С малыми радиусами сопряже-ния

        1. Без окон и отверстий

        2. С окнами и отверстиями

        1. С колодцами, ограниченными стенками со всех сторон

        2. С колодцами, ограниченными стенками частично (карманы)

        1. Простой формы

        2. Сложной формы

        1. Небольшая

        2. Большая

        1. С ограниченными стенками

        2. С частично ограниченными стенками

        3. С полностью ограниченными стенками


         

        Окончание табл. 1.1

        Классификационный признак

        Значение признака

        Примечание

        XX. Ступени на полот-нах

           

        XXI. Ребра

         
        1. С бесступенчатыми полотнами

        2. Со ступенчатыми полотнами

        1. С малкованными ребрами по-стоянного уровня (открытыми и закрытыми)

        2. С малкованными ребрами пере-менного уровня (открытыми и закрытыми)

      2. Краткая характеристика применяемости и технологических свойств сталей и сплавов, используемых для изготовления деталей

    авиационной техники Стали

    Сталь 30ХГСА относится к классу конструкционных улучшаемых

    сталей. Применяется для изготовления формообразующей оснастки и ответственных сварных и механически обрабатываемых деталей, рабо-тающих в атмосферных условиях при температуре не ниже –70 ºС; верхний предел температуры применения ограничивается температу-рой отпуска.

    Химический состав, %:

    0,28–0,34 С; 0,9–1,2 Si; 0,8–1,1 Mn; 0,8–1,1 Cr; Fe – основа.

    Сталь 30ХГСА после упрочняющей термообработки (закалка 870– 890 ºС – охлаждение в масле – отпуск при 510–570 ºС – охлаждение в масле) имеет следующие механические свойства:

    σв ≥ 110 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 85 кгс/мм2; δ ≥ 10 %.

    Обрабатываемость резанием – весьма высокая (ВВ), давлением в интервале температур деформации 1050–850 ºС – удовлетворительная (У); ограниченно свариваемая.

    К особенностям деталей, подобных изображенной на рис. 1.1, а, от-носятся большое количество сварных швов, наличие вызванных свар-кой внутренних напряжений, сложность базирования.


     

    Сталь 40ХН2МА относится к классу конструкционных улучшае-мых сталей. Применяется для изготовления ответственных сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в атмосферных условиях при температуре до 500 ºС.

    Химический состав, %:

    0,37–0,44 С; 0,17–0,37 Si; 0,5–0,8 Mn; 0,6–0,9 Cr; 1,25–1,65 Ni; 0,15–

    0,25 Mo, Fe – основа.


     

    image

    image

    б


     

    image

    а в


     

    Рис. 1.1. Примеры деталей основного производства и формообразующей осна-стки, изготавливаемых из стали 30ХГСА:

    а – опора, б – матрица; в – пуансон

    Сталь 40ХН2МА после упрочняющей термообработки (закалка 870–890 ºС – охлаждение в масле – отпуск при 510–670 ºС – охлажде-ние в масле) имеет следующие механические свойства:

    σв ≥ 110 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 95 кгс/мм2; δ ≥ 12 %.

    Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале темпера-тур деформации 1150–850 ºС – У.

    Деталь «кронштейн» (рис. 1.2, а) имеет сложную конструкцию, большое количество карманов с радиусными переходами различной величины. Сложность механической обработки детали «наконечник» (рис. 1.2, б) обусловлена малой жесткостью щек, возможностью их деформации под действием сил резания и внутренних напряжений, высокой точностью формы.


     

    Хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т относится к классу коррозион-ностойких сталей, не упрочняемых термической обработкой. Приме-няется для изготовления сварных и механически обрабатываемых де-талей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при темпе-ратуре до 800 ºС.

    Химический состав, %:

    ≤0,12 С; ≤ 0,2 Si; 0,5–0,8 Mn; 17–19 Cr; 9–11 Ni; 0,15–0,25 Mo; Fe –

    основа.


     


     

    image


     

    image

    а

    б

    Рис. 1.2. Несущие детали из стали 40ХН2МА:

    а – кронштейн; габариты

    250×220×120

    б – наконечник лопасти несущего винта, габариты 380×120×90


     

    Механические свойства:

    σв ≥ 55 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 20 кгс/мм2; δ ≥ 40 %.

    Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале темпера-тур деформации 1220–850 ºС – У, свариваемость – У.

    Пример детали из стали 12Х18Н10Т дан на рис. 1.3. К особенно-стям детали, затрудняющим достижение требуемой точности, относят-ся большое количество сварных швов, создающих значительные оста-точные напряжения, отсутствие выраженных базовых поверхностей, недостаточная жесткость.


     

    Высокопрочная коррозионностойкая сталь 03Х11Н10М2Т (ВНС-

    17) относится к классу высокопрочных сталей специального назначе-ния, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготов-ления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, рабо-тающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре до 400 ºС и криогенных температурах.

    Химический состав, %:

    10–11,5 Cr; 9–10,5 Ni; 0,7–1,1 Ti; 1,8–2,3 Mo; Fe – основа.

    Сталь ВНС-17 после упрочняющей термообработки (закалка с 860 ºС на воздухе – старение, 2 ч при 500 ºС) имеет следующие меха-нические свойства:

    σв ≥ 145 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 130 кгс/мм2; δ ≥ 8 %.

    Относится к труднообрабатываемым материалам. Пример детали из стали ВНС-17 дан на рис. 1.4.

    Хромоникельтитанистая сталь с медью Х15Н5Д2Т (ВНС-2) отно-сится к классу высокопрочных сталей специального назначения, уп-рочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работаю-


     

    8

    щих в агрессивных атмосферных условиях при температуре до 300 ºС и криогенных температурах.


     

    image

    Рис. 1.3. Сепаратор пылезащитного устройства (ПЗУ).

    image

    Габариты 750×700×700, материал – сталь 12Х18Н10Т


     

    image


     

    Рис. 1.4. Деталь подкос (верх). Габарит

    1400×150×150, материал ВНС-17


     

    Рис. 1.5. Деталь кронштейн (справа). Габарит 100×60, материал ВНС-2. Труднообрабаты-ваемый материал, малая жесткость

    Химический состав, %:

    ≤0,08 С; 14–15 Cr; 4,7–5,5 Ni; 0,15–0,3 Ti; 1,75–2,5 Cu; Fe – основа.

    После термообработки сталь ВНС-2 имеет следующие механиче-ские свойства:

    σв ≥ 125 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 95 кгс/мм2; δ ≥ 10 %.

    Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале темпера-тур деформации 1150–850 ºС – У, свариваемость – высокая (В). При-

    мер детали, выполненной из стали ВНС-2, дан на рис. 1.5. Ее механи-ческая обработка осложнена малой жесткостью и труднообрабатывае-мостью высокопрочной стали ВНС.


     

    Высокопрочная сталь с медью ВНЛ-3 относится к классу коррози-онностойких литейных сталей, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обра-батываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных усло-виях при температуре до 350 ºС.

    Химический состав, %:

    ≤0,08 С; 13–14,5 Cr; 4,5–5,5 Ni; 1,5–2,0 Mo; 1,25–1,75 Cu; Fe – основа.

    После упрочняющей термообработки сталь ВНЛ-3 имеет следую-щие механические свойства:

    σв ≥ 125 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 90 кгс/мм2; δ ≥ 12 %.

    Пример деталей из стали ВНЛ-3 дан на рис. 1.6.


     


     

    image


     

    а

    image б

    Рис. 1.6. Корпусные детали из стали ВНЛ-3:

    а – корпус; габариты 100×160, труднообрабатываемый материал, сложность конструкции

    б – корпус; габариты 100×180, обра-ботка отверстия и плоскости под уг-лом


     

    Магниевые сплавы

    Высокопрочный сплав МЛ5пч относится к классу высокопрочных литейных магниевых сплавов. Применяется для изготовления нагру-женных деталей внутреннего и наружного набора.

    Химический состав, %: 7,5–9,0 Al; 0,2–0,8 Zn; 0,15–0,5 Mn; Mg – основа

    Сплав МЛ5пч упрочняется термообработкой и имеет после закал-ки и искусственного старения (Т4) следующие механические свойства: σв ≥ 24 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 8,5 кгс/мм2; δ ≥ 7 %.

    Обрабатываемость резанием – весьма высокая (ВВ), свариваемость

    – У, линейная усадка 1,2–1,3 %. Пример деталей из сплава МЛ5пч дан на рис. 1.7.


     

    image

    а


     


     

    б


     

    Рис. 1.7. Корпусные детали из магниевого сплава МЛ-5пч а – плита, б – кронштейн

    Механическая обработка производится только хорошо заточенным инструментом. Применение СОЖ не допускается. Не допускается сма-зывание маслом направляющих станков, на которых производится об-работка магниевых сплавов во избежание образования наклепа по-верхности направляющих. На участке обработки магниевых сплавов применяются особые меры пожарной безопасности.

    Сложность изготовления деталей, изображенных на рис. 1.7, обу-словлена наличием большого количества плоских и цилиндрических поверхностей, ориентированных под разными углами, и малой жестко-стью.

    Титановые сплавы

    Титановый сплав ОТ4–1 относится к классу сплавов повышенной пластичности. Применяется для изготовления нагруженных деталей и

    сварных узлов внутреннего и наружного набора, длительно работаю-щих при температуре до 300 ºС.

    Химический состав, %: 1,0–2,5 Al; 0,7–2,0 Mn; Ti – основа.

    Сплав ОТ4–1 применяется в отожженном состоянии и имеет сле-дующие механические свойства: σв ≥ 55–75 кгс/мм2; δ ≥ 10 %.

    Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале темпера-тур деформации 1050–850 ºС – У, свариваемость – низкая (Н). Слож-ность получения заданной точности формы деталей из сплава ОТ4–1 (рис. 1.8) вызвана малой толщиной листа (d = 0,8 b d = 3 мм), его пло-хой свариваемостью и недостаточной жесткостью конструкции детали.


     

    Жаропрочный сплав ВТ3–1 относится к классу ковочных сплавов. Применяется для изготовления нагруженных силовых деталей и кре-пежных узлов, длительно работающих при температуре до 400 ºС.

    Химический состав, %:

    image

    5,5–7,0 Al; 2,0–3,0 Mo; 0,8–2,3 Cr; 0,15–0,4 Si; 0,2–0,7 Fe; Ti – основа


     

    Рис. 1.8. Деталь «цилиндр», изготовленная из листового титанового сплава ОТ4–1


     

    Сплав ВТ3–1 применяется в отожженном состоянии и имеет сле-дующие механические свойства: σв ≥ 100 кгс/мм2; δ ≥ 10 %.

    Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале темпера-тур деформации 1050–750 ºС – У, свариваемость – Н.

    Металлический титан в виде стружки может гореть при достаточ-но сильном местном подогреве, например, при обработке тупым инст-рументом. Заметное взаимодействие титана с кислородом начинается при температуре Т>600°С. При окислении титана кроме обычной ока-лины образуется хрупкий поверхностный слой, представляющий твер-дый раствор кислорода в титане.

    Алюминиевые сплавы

    Деформируемый алюминиевый сплав АК6 относится к классу ко-вочных алюминиевых сплавов. Применяется в закаленном и искусст-венно состаренном (Т1) состоянии для изготовления несущих тяжело-нагруженных деталей: фитингов, шпангоутов, кронштейнов, качалок.

    Химический состав, %:

    1,8–2,6 Cu; 0,7–1,2 Si; 0,4–0,8 Mg; 0,4–0,8Mn; Al – основа.

    После закалки и искусственного старения сплав АК6 имеет сле-дующие механические свойства: σв ≥ 39 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 28 кгс/мм2; δ ≥ 10 %.

    Обрабатываемость резанием – В, давлением в интервале темпера-тур деформации 470–380 ºС – В, свариваемость – У.

    Весь прокат обрабатывается в состоянии поставки. Поковки из АК6 высотой более 120 мм обрабатываются предварительно под тер-мообработку с припуском 20 мм на сторону, затем закаливаются, далее производится окончательная обработка.

    Материал получил наибольшее распространение при изготовлении несущих элементов конструкции вертолета (рис. 1.9, 1.10). Обработка выполняется исключительно на станках с ЧПУ.


     

    Литейный алюминиевый сплав АЛ9 системы «алюминий – крем-ний» относится к классу силуминов. Применяется, в основном, для изготовления корпусных и иных деталей топливной и гидросистемы.

    Химический состав, %: 6–8 Si; 0,2–0,4 Mg; Al – основа.

    После закалки и естественного старения (Т4) имеет следующие механические свойства:

    σв ≥ 20 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 14 кгс/мм2; δ ≥ 5 %.

    Обрабатываемость резанием – У. Пример деталей из сплава АЛ9 дан на рис. 1.11.


     

    image

    Рис. 1.9. Детали вертолета, изготовленные из сплава АК-6Т1:

    а – фитинг, габариты 620×550×110; б – боковина, габариты 1500×1065×230; в – фитинг, габариты 869×230×120; г – фитинг, габариты 150×180; д – шпангоут пола, габариты 1680×690×115


     

    image

    Рис. 1.10. Детали вертолета, изготовленные из сплава АК-6Т1:

    а – нервюра, габариты 1700×670×130; б – шпангоут, габариты 1375×240×160; в

    – узел подредукторный, габариты 765×730×380; г – фитинг, габариты

    770×265×50; д – плита, габариты 1704×650×40


     


     

    image


     

    image


     

    а

    б

    Рис. 1.11. Детали гидросистемы вертолета, изготовленные из литейного сплава АЛ9

  2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКАХ С ЧПУ

    Под технологичностью конструкции изделия понимают совокуп-ность свойств, обеспечивающих достижение оптимальных затрат в производстве, эксплуатации и ремонте при обеспечении заданных ка-чества, объёма выпуска и условий выполнения работ [2, 3]. Обеспече-ние технологичности конструкции летательного аппарата, его узлов и деталей является одной из функций технологической подготовки про-изводства, предусматривающей решение комплекса конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производитель-ности труда, снижение трудовых и материальных затрат, сокращение производственного цикла и продолжительности ремонта. Работы по улучшению технологичности конструкции выполняются на этапах разработки технического предложения, эскизного и технического про-ектирования, изготовления опытного образца, технологической подго-товки серийного производства нового или модернизируемого изделия.

    Специфика конструкции деталей авиастроения обусловлена необ-ходимостью максимального снижения их веса при сохранении требуе-мых параметров кратковременной и длительной прочности, прилега-нием к поверхностям, формирующим аэродинамические обводы лета-тельного аппарата. Конструктивные особенности деталей летательных аппаратов определяются служебным назначением и жесткими требо-ваниями по их увязке в конструкции агрегата. Эти обстоятельства рез-ко осложняют отработку деталей авиационных конструкций на техно-логичность, повышают требования к тщательности ее выполнения.

    С другой стороны, комплекс работ по улучшению технологично-сти каждого агрегата, узла, отдельной детали жестко регламентирован рамками документов, утвержденных КБ разработчика, ЦАГИ, НИАТ, ВИАМ и другими организациями, имеющими исключительное право разрешения на внесение любых изменений в конструкцию летатель-ного аппарата. Требования технологичности элементов конструкции летательного аппарата всегда подчинены требованиям функциональ-ности и надежности. Поэтому любые предложения по улучшению тех-нологичности, которые могут хотя бы косвенно повлиять на надеж-ность и тактико-технические показатели изделия, должны быть либо безусловно отвергнуты, либо пройти длительную цепь экспертиз, со-гласований и утверждений в перечисленных выше организациях.

    Названные обстоятельства придают терминам «улучшение техно-логичности», «отработка технологичности» смысл, коренным образом отличающийся от того, что принят в других отраслях машиностроения. В частности, технолог серийного предприятия не вправе изменять без

    специальных согласований:

    • материал и метод получения заготовок особо ответственных де-талей;

    • окончательную форму и размеры деталей;

    • технологические процессы и параметры деталей, особо оговорен-ные в КД (твердость, термическая обработка, упрочнение, отделка, покрытие);

    • методы и средства контроля параметров, оговоренные в КД.

      Если на стадии отработки технологичности КД выявляются недос-тающие размеры, неудачная их простановка, отсутствие других необ-ходимых конструкторско-технологических данных и эти данные не могут быть получены из плазов, сборочных и теоретических чертежей, технолог оформляет соответствующий запрос в отдел Главного конст-руктора по установленной форме. Вообще, результаты анализа черте-жа детали с целью:

    • сокращения типоразмеров режущего инструмента и количества выполняемых операций;

    • применения более производительного и экономически выгодного инструмента;

    • применения стандартного инструмента взамен специального;

    • уменьшения количества переустановок детали;

    • уменьшения количества и стоимости потребной оснастки;

    • повышения точности базирования;

    • снижения степени коробления детали при обработке;

    • повышения точности и производительности обработки;

    • уменьшения объема последующей слесарной и станочной дора-ботки;

    • сокращения затрат на расчет и подготовку программ для станков с ЧПУ

    оформляются в виде запроса или требования о повышении техно-логичности и направляются в ОГК, КБ, ОКБ для согласования и при-нятия соответствующего технического решения.

    Изложенное показывает, что результатом грамотного инженерного анализа технологичности является не бессмысленная формула: «деталь технологична» или «деталь нетехнологична», не набор числовых кри-териев так называемого количественного анализа технологичности, а обоснование выявленных причин низкой технологичности детали или отдельных ее конструктивных элементов с предложениями по усовер-шенствованию конструкции, простановки размеров, изменению тех-нологии, средств технологического оснащения и анализом следствий, к которым может привести реализация этих предложений.

    1. Технологичность заготовок

      В зависимости от конкретных условий (программа выпуска, техни-

      ческие требования к детали) рациональными могут быть разные про-цессы получения (и, следовательно, конструкции) заготовок одной и той же детали. Случаи, когда один метод изготовления при всех усло-виях рациональнее других, крайне редки. В разделе приведены неко-торые сравнительные технико-экономические показатели методов и рекомендации по их применению, а также правила обеспечения техно-логичности для выбранного метода получения заготовок. Учитывая направленность книги на разработку технологий механической обра-ботки, использующих оборудование с ЧПУ, ниже будут обсуждаться методы получения заготовок объемным деформированием, литьем и из полуфабрикатов (прутки и плиты).

      Горячештампованные заготовки

      Горячая штамповка заготовок применяется для деталей, подвер-гающихся при эксплуатации значительным постоянным, переменным и ударным нагрузкам, которые по конструктивным особенностям не могут быть изготовлены другими способами. Этим методом изготав-ливаются заготовки балок, шпангоуты, рамы, фитинги, детали воз-душных и гидросистем высокого давления с коэффициентом исполь-зования материала 0,35–0,6. Горячештампованные заготовки сохраня-ют направление волокон, заложенных в металле при прокатке, что по-зволяет конструктору рационально учесть напряженно-деформированное состояние детали в эксплуатации. Из-за больших затрат на оснастку эксплуатацию кузнечно-прессового оборудования изготовление деталей из горячештампованных заготовок обходится дороже в сравнении с деталями, изготавливаемыми из отливок и цель-ных поковок. Однако точность заготовок, изготавливаемых методом горячей штамповки, позволяет снизить трудоемкость и себестоимость механической обработки деталей.

      Применяемые для горячештампованных заготовок материалы обеспечивают не только требуемые прочностные свойства деталей, но и обладают удовлетворительной пластической деформируемостью. Для изготовления горячештампованных заготовок применяются сле-дующие материалы;

      • конструкционные стали 25, 45, 30ХГСА, 30ХГСНА;

      • нержавеющие стали 1Х18Н9Т, 2Х13, ВНС-2, ВНС-5;

      • алюминиевые сплавы АК6, Д1, В95, АК4–1, АМГ, АМц, АМг6, В95;

      • магниевые сплавы МА2, ВМ65–1;

      • титановые сплавы ВТ3–1, ВТ5, ОТ4, ОТ4–0, ВТ6.

      Условная ориентировочная технологическая себестоимость дета-лей, получаемых из горячештампованных заготовок (без накладных расходов), в зависимости от серийности, сложности, массы определя-ется по формуле [3]:

      СТ СТ1КSG, (2.1)

      где СТ– технологическая себестоимость 1 кг деталей 1-й группы сложности, изготовленных из штампованных заготовок при партии в 100 шт., руб (табл. 2.1); К – коэффициент количества, определяемый по табл. 3.2 в зависимости от марки материала и потребного количест-ва деталей; – коэффициент сложности, определяемый по табл. 3.3; G

      – масса механически обработанной детали, кг.

      Пользуясь табл. 2.1–2.3, можно оценить изменение технологиче-ской себестоимости за счет упрощения заготовки.

      Таблица 2.1

      Условная технологическая себестоимость СТ1 кг деталей

      image

      image

      I-й группы сложности из различных материалов, изготовленных из горячештампованных заготовок


       


       

      Масса детали, кг

      Технологическая себестоимость 1 кг деталей, усл. руб.

      из стали

      из сплава

      углеро-дистой

      конструк-ционной

      нержа-веющей

      алюминие-вого

      магние-вого

      тита-нового

      < 0,022

      0,022 … 0,036

      0,036 … 0,060

      0,060 … 0,100

      0,10 … 0,16

      0,16 … 025

      0,25 … 0,40

      0,40 … 0,60

      0,60 … 1,00

      1,00 … 1,60

      1,60 … 2,50

      2,50 … 4,00

      4,00 … 6,00

      6,00 … 10,00

      10,00 … 16,00

      16,0 … 25,0

      25,0 … 40,0

      40,0 … 60,0

      60,0 … 100,0

      100 … 160

      160 … 250

      8,55

      8,55

      8,55

      8,55

      7,57

      6,10

      4,90

      4,00

      3,22

      2,55

      2,07

      1,67

      1,37

      1,09

      0,90

      0,70

      0,55

      0,46

      0,37

      0,29

      0,24

      8,70

      8,70

      8,70

      8,70

      7,80

      6,44

      5,28

      4,42

      3,63

      2,95

      2,44

      2,01

      1,68

      1,38

      1,13

      0,83

      0,77

      0,64

      0,53

      0,43

      0,35

      9,40

      9,40

      9,40

      9,40

      8,65

      7,55

      6,51

      5,71

      4,94

      4,24

      3,68

      3,20

      2,80

      2,40

      2,08

      1,80

      1,57

      1,37

      1,15

      1,01

      0,89

      23,40

      23,40

      20,70

      17,30

      14,24

      11,90

      9,94

      7,30

      6,70

      5,55

      4,65

      3,86

      3,14

      2,62

      2,16

      1,80

      1,51

      1,23

      1,02

      38,70

      35,10

      29,25

      24,90

      21,50

      18,00

      15,32

      12,77

      10,87

      9,16

      7,86

      6,68

      5,57

      4,74

      3,89

      3,43

      2,92

      2,43

      51,50

      51,50

      51,50

      45,60

      40,48

      37,04

      33,31

      30,12

      28,64

      27,56

      25,16

      24,00

      22,74

      20,87

      19,09

      17,56

      16,12

      14,69

      13,49

      12,61

      Коэффициент К в зависимости от марки материала и количества деталей


       

      Размер партии деталей

      Коэффициент К

      для стали

      для сплава

      углеро-дистой

      конструкци-онной

      нержа-веющей

      алюми-ниевого

      магние-вого

      титано-вого

      10

      7,300

      6,392

      5,300

      6,500

      5,727

      2,109

      12

      6,146

      5,392

      4,480

      5,480

      5,480

      1,903

      16

      4,726

      4,142

      3,460

      4,210

      3,757

      1,637

      20

      3,886

      3,392

      2,850

      3,440

      3,102

      1,481

      25

      3,176

      2,792

      2,380

      2,800

      2,557

      1,360

      32

      2,556

      2,264

      1,960

      2,290

      2,317

      1,250

      40

      2,126

      1,892

      1,682

      1,910

      1,787

      1,174

      50

      1,746

      1,592

      1,430

      1,601

      1,527

      1,113

      60

      1,517

      1,392

      1,275

      1,400

      1,352

      1,072

      80

      1,222

      1,142

      1,081

      1,145

      1,133

      1,023

      100

      1

      1

      1

      1

      1

      1

      160

      0,760

      0,767

      0,800

      0,762

      0,805

      0,949

      200

      0,671

      0,692

      0,747

      0,686

      0,739

      0,934

      250

      0,598

      0,632

      0,701

      0,630

      0,687

      0,925

      400

      0,482

      0,542

      0,638

      0,533

      0,608

      0,906

      630

      0,411

      0,487

      0,597

      0,477

      0,560

      0,894

      1000

      0,365

      0,452

      0,571

      0,441

      0,530

      0,888


       

      При проектировании деталей, изготовляемых горячей штамповкой, необходимо предусматривать как можно больше необрабатываемых поверхностей. Для этого на чертеже заготовки указывают:

      • линии разъема;

      • штамповочные уклоны на необрабатываемых поверхностях;

      • радиусы переходов и закруглений;

        соотношения между высотами и толщинами ребер.

        Чтобы технические характеристики, получаемые при проектирова-нии и изготовлении опытных изделий, не отличались от получаемых в условиях серийного производства необходимо детали, которые будут серийно изготавливаться из штампованных заготовок, в опытном про-изводстве изготавливать из кованых, прессованных заготовок с соблю-дением соответствующих штамповочных уклонов, радиусов переходов и закруглений, толщин и высоты ребер.

        Ниже дан ряд основанных на [3] рекомендаций по выбору рацио-нальной формы заготовок, которыми следует руководствоваться при их проектировании.

        Коэффициент S в зависимости от группы сложности


         

        Группа сложн.

        Характеристика группы

        S

        Типовые представители

        1

        Детали типа тел вращения и близкие к ним, а также детали в виде стержня с головкой

        1,00


         

        image

        2

        Плоские детали с небольшими выступами и обработкой по сопрягаемым поверхностям

        1,08


         

        image

        3

        Детали с одно-сторонним рас-положением ребер

        1,15


         

        image

        4

        Детали армату-ры (тройники, угольники, краны, корпу-са)

        1,33


         

        image

        5

        Детали слож-ной конфигу-рации с закры-тыми сечения-ми (рычаги, качалки, рамы, балки)

        3,3


         

        image


         

        Штампованные заготовки должны иметь по возможности более простую форму и плавные переходы от одного сечения к другому.

        Рычаг нетехнологичной конструкции (рис. 2.1) имеет сильно разви-тую головку. Необходимо уменьшить высоту большей головки и вы-полнить в ней сквозное отверстие для облегчения последующей меха-нической обработки.

        Правые и левые детали одного типоразмера желательно проектиро-вать так, чтобы их можно было изготовить из одной и той же заготов-ки. На рис. 2.2 показана деталь нетехнологичной конструкции, которой путем изменения расположения среднего ребра можно придать сим-метричную форму, обеспечив возможность использования одной заго-товки для левой и правой деталей.


         

        image

        Рис. 2.1. Схема уменьшения высоты головки и выполнения в ней отверстия для облегчения механической обработки


         

        image

        Рис. 2.2. Изменение конструкции фитинга с выполнением одной заготовки для левой и правой деталей

        В ряде случаев нетехнологичная цельноштампованная деталь мо-жет быть выполнена сваркой из двух отдельных простых штампован-ных элементов. Такие решения (рис. 2.3 – 2.6) значительно снижают расход металла и объем механической обработки.


         

        image

        Рис. 2.3. Удачное конструктивное решение для использования одной заготовки для левой и правой деталей


         

        image

        Рис. 2.4. Нетехнологичная цельноштампованная деталь (а) заменена сваренной

        (б) из двух отдельных простых штампованных элементов


         

        image

        Рис. 2.5. Нетехнологичная конструкция цельноштампованной качалки


         

        image

        а б

        Рис. 2.6. Два варианта выполнения заготовки качалки: а – цельноштампованная; б – сварная

        В конструкции штампованных деталей необходимо избегать узких отростков, расположенных в плоскости разъема (рис. 2.7), т.к. это вы-зывает повышенный расход металла, быстрый износ штампа в зоне отростков и дополнительную ручную правку отростков после обрезки облоя.

        Узкие отростки, расположенные перпендикулярно разъему (рис. 2.8) выполняются в штампованных заготовках со значительными припусками на механическую обработку и технологическими напус-ками. Для доведения таких заготовок до окончательных размеров тре-буется удаление значительного объема стружки.


         

        image

        Рис. 2.7. Нетехнологичные конструкции штампованных заготовок с отростка-ми


         

        image

        Рис. 2.8. Нетехнологичная конструкция рычага с тонким высоким выступом перпендикулярно плоскости разъема


         

        Ажурная форма заготовок может вызывать значительное коробле-ние при обрезке облоя, механической и термической обработке. В этом случае необходимо предусматривать введение специальных конструк-тивных элементов, увеличивающих жесткость заготовок (рис. 2.9).

        Конфигурация заготовок с неравномерным распределением масс вызывает значительное коробление штамповки в процессе остывания после деформирования и при термической обработке. Такие детали неудобны для закрепления при механической обработке. Технологич-ность таких заготовок можно существенно улучшить, используя свар-ную конструкцию. Так, на рис. 2.10 массивные штампованные закон-


         

        26

        цовки могут быть приварены к тонкому стержню из прессованного или катаного профиля крестообразного сечения.


         


         

        image

        Рис. 2.9. Образование специальной перемычки в нетехнологичной конструк-ции стойки, повышающее ее жесткость и снижающее коробление


         

        image

        Рис. 2.10. Пример нетехнологичной конструкции заготовки с неравномерным распределением масс

        Конфигурация деталей должна проектироваться так, чтобы линия разъема штампа лежала в одной плоскости или максимально к этому приближалась. При выполнении этого условия штамповая оснастка имеет более простую конструкцию и меньшую себестоимость. Коли-чество брака при этом также оказывается меньше. На рис. 2.11 приве-ден рычаг с двумя вариантами линии разъема. В нетехнологичном ва-рианте линия разъема усложняет штамповку и искажает конфигура-цию рычага. Рациональное расположение линии разъема упрощает конструкцию ковочного штампа.


         

        image

        Рис. 2.11. Варианты линии разъема рычага


         

        Однако в некоторых случаях ломаная линия разъема снижает вес штампованной заготовки и обеспечивает получение некоторых по-верхностей без механической обработки. При этом участки ломаной линии разъема должны быть наклонены к горизонтальной плоскости под углом, не превышающим 60o (рис. 2.12).


         


         

        image

        Рис. 2.12. Пример заготовки с ломаной линией разъема. Угол наклона линии разъема не должен превышать 60o

        Исчерпывающие рекомендации по обеспечению технологичности конструктивных элементов горячештампованных заготовок (толщина и ширина полотен, облегчающие отверстия, ребра, радиусы сопряже-ний, переходов, закруглений, уклоны, допуски, простановка размеров, точность формы, шероховатость поверхности, определение привеса) изложены в [3]. Здесь приведем лишь некоторые рекомендации по оформлению чертежа горячештампованной заготовки.

        Необрабатываемые поверхности, расположенные перпендикулярно плоскости разъема, нужно изображать со штамповочными уклонами, определению которых должен предшествовать выбор линии разъема. Штамповочные уклоны необходимо задавать таким образом, чтобы в плоскости разъема деталь (или ее конструктивный элемент) имела наибольшую ширину и длину. Линию разъема на чертеже указывать не

        image

        обязательно, т. к. расположение определяется направлением штампо-вочных уклонов (рис. 2.13). Исключение из этого правила составляют детали, которые можно изготовить без штамповочных уклонов на не-обрабатываемых поверхностях. В этом случае линию разъема на чер-теже необходимо указывать обязательно.


         

        Рис. 2.13. Сечение детали с необраба-тываемыми поверхностями


         

        Штамповочные уклоны в плане необходимо изображать двумя ли-ниями (рис. 2.13): контуром детали по разъему и линией, обозначаю-щей начало штамповочного уклона.

        Все размеры детали должны быть полностью указаны. Ссылки на плаз и шаблон допускаются лишь в исключительных случаях. Шабло-ны, снятые с плаза, не следует использовать при проектировании и изготовлении штамповой оснастки, т.к. размеры полости штампа от-личаются от соответствующих размеров детали на величину усадки. На теоретических обводах детали, подвергаемых механической обра-ботке, необходимо ставить размеры, а в соответствующем примечании указывать, что данные размеры можно использовать только для разра-ботки чертежа заготовки и проектирования оснастки.

        Размеры детали следует указывать от баз, принятых для механиче-ской обработки, что позволит сократить время на пересчет размеров и уменьшит вероятность ошибок.

        image

        Габаритные размеры при необрабатываемом контуре не следует указывать по линии разъема (рис. 2.14). Это связано с тем, что обра-зующийся по линии разъема облой впоследствии обрезается, и на мес-те обреза в зависимости от пригонки обрезного инструмента могут быть остатки облоя или вырывы.


         

        Рис. 2.14. Простановка габаритно-го размера и размера толщины ребра

        При простановке размера толщины ребра нужно пользоваться сле-дующим правилом. Если вершина ребра заканчивается радиусом, то толщина ребра определяется диаметром его вершины. Если же толщи-на ребра на его вершине больше удвоенного радиуса, то толщину сле-дует задавать расстоянием между точками пересечения боковой грани и вершины ребра (рис. 2.14).

        При переменном расстоянии между ребрами указывать его следует от осевых линий на плановой проекции, что сократит количество раз-меров на чертеже и облегчит программирование обработки ребра. При постоянном расстоянии между ребрами указывать размеры по одному из вариантов, приведенных на рис. 2.15.

        Недопустимо координировать положение радиусов сопряжений, т.к. при широких допусках на величину технологических радиусов их координирование может привести к искажению формы детали.


         

        image

        Рис. 2.15. Варианты простановки размеров между параллельными ребрами

        На чертеже штамповок необходимо избегать простановки размеров цепочкой во избежание накопления погрешностей размеров всех звеньев размерной цепи.

        Допуски на размеры между необрабатываемыми поверхностями или между необрабатываемой и обрабатываемой проставлять непо-средственно на размере, а не оговаривать в примечаниях. Это требова-ние заставляет тщательно рассчитывать величины припусков с учетом прочности конструкции детали и привеса.

        Если деталь выполняется с одним штамповочным уклоном, его ве-личину можно оговаривать в примечании. Если же на различных кон-структивных элементах требуются различные штамповочные уклоны, то преобладающий уклон указывается в примечании, а остальные не-обходимо проставлять на чертеже.

        На особо ответственных деталях необходимо указывать желатель-ное направление волокон.

        При указании толщины стенок и перемычек давать допуск на отри-цательное отклонение, что позволит обеспечить заданную в чертеже детали толщину стенки или перемычки.

        При необходимости следует предусматривать в конструкции заго-товки специальные технологические припуски, используемые для обес-печения более удобного базирования и закрепления в процессе механи-ческой обработки. Из этих соображений, а также из возможности изго-товления в штампе выбирается форма технологического припуска.

        Допускаемое коробление, влияющее на величину назначаемых припусков, необходимо указывать на чертеже детали.

        На чертеже деталей из штампованных заготовок должно быть со-гласованное с ОГК указание, разрешающее изготавливать эти детали в опытном производстве из кованых заготовок.

        В зависимости от степени ответственности деталям присваивается группа контроля. К первой группе относят особо ответственные дета-ли. Каждая деталь первой группы подвергается полной проверке. Ко второй группе относят ответственные детали, которые подвергаются выборочной проверке (одна или несколько деталей в партии). К треть-ей группе относят детали, которые не подвергают специальным про-веркам и испытаниям, особо оговоренным в конструкторской и техно-логической документации.

        Литые заготовки

        Совершенствование существующих способов литья в песчаные и керамические формы, кокили, под давлением, создание новых сплавов, технологических процессов и оборудования для литья крупногабарит-ных деталей способствуют расширению применения литых деталей в авиационных конструкциях. Главное преимущество литых заготовок – максимальное приближение ее формы к форме готовой детали при возможности получения сложных поверхностей, полостей, выступов при минимальном объеме механической обработки – делает их наибо-лее выгодными при производстве деталей из труднообрабатываемых материалов.

        Не останавливаясь на обсуждении технологических особенностей и области применения различных методов литья и литейных сплавов, сосредоточим свое внимание именно на вопросах, определяющих тех-нологичность литых заготовок, подвергаемых механической обработке.

        Общим требованием к конструкции отливки является то, чтобы расположение детали в форме способствовало хорошему заполнению полости формы расплавленным металлом и удалению газов, выде-ляющихся при заливке. Тонкие стенки и ребра должны располагаться вертикально. В [3] приводятся технологические рекомендации по ра-циональному проектированию отливок и их конструктивных элемен-тов (бобышек, ребер, стенок их сопряжений, переходов, радиусов за-круглений, отверстий), позволяющие исключить образование усадоч-ных и других дефектов.

        Правила оформления чертежей отливок включают кроме выполне-ния общих требований обязательное указание группы контроля, пре-дельных отклонений размеров, требований к качеству литой поверхно-сти, величины литейных уклонов, мест вырезания образцов для метал-лографического контроля, рентгеновского просвечивания и механиче-ских испытаний, мест и порядка маркирования. Для крупногабаритных

        31

        отливок, формирующих обводы, необходимо указание того, что теоре-тический профиль следует брать с плаза. В чертежах литейных дета-лей, не связанных с теоретическим контуром, необходимо указывать все размеры, не ссылаясь на шаблоны, т.к. при изготовлении моделей используются шаблоны, учитывающие усадку металла.

    2. Общие требования к технологичности конструкции деталей, обрабатываемых резанием

      Основными требованиями технологичности деталей, подвергаемых механической обработке на станках с ЧПУ, являются:

      • стандартизация и унификация элементов детали;

      • унификация радиусов сопряжений поверхностей и канавок для выхода инструментов;

      • упрощение геометрических форм контура заготовки;

      • минимальное разнообразие диаметров отверстий и технических требований к ним (необходимо стремиться к одинаковым диаметрам и глубине крепёжных отверстий);

      • проектирование обрабатываемых поверхностей как плоскостей;

      • или криволинейных поверхностей, но таких, профиль которых образован сопряжением кривых с дугами окружности или мог быть аппроксимирован дугами окружностей;

      • избегание наклонённых стенок в корпусных деталях;

      • возможность обработки поверхности детали по управляющей программе для контурной системы с линейно-круговым интерполято-ром не более чем по одной или двум координатам;

      • сокращение типоразмеров обрабатывающего инструмента и мак-симально возможная его стандартизация и унификация;

      • для обеспечения жесткости и производительности фрезерного ин-струмента при обработке сопряжения стенок наружных и внутренних обрабатываемых контуров соотношение между радиусами контура и наибольшей высотой стенок контура должно быть: Rтип ≥ (000/5÷000/6) Н;

      • максимальная доступность поверхностей для обработки;

      • выполнение закона единства конструкторских, технологических и измерительных баз;

      • простановка размеров от этих баз в соответствии с принятой сис-темой координат, удобной для программирования обработки детали;

      • форма и размеры заготовки должны позволять обработку в не-прерывном автоматическом цикле;

      • перерывы в программе как результат ручной смены инструмента или контрольного измерения, но не выполнения ручных приёмов управления;

      • проставление размеров в чертежах в прямоугольной системе ко-ординат;

        32

      • отверстия необходимо базировать от основных установочных баз;

      • привязка крепёжных отверстий к осям координат центрального отверстия, которое они обслуживают;

      • обозначение криволинейных поверхностей с указанием коорди-нат центров дуг окружностей и точек сопряжения контуров;

      • нанесение линейных размеров цепью с соответствующими допус-ками;

      • обработка технологических баз по возможности вне станков с ЧПУ на предварительных операциях.

      Большое количество удачных примеров повышения технологично-сти конструкции деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, приве-дено в [2].

      Простановка размеров

      Наилучшим вариантом простановки размеров является тот, при ко-тором конструктивные базы совпадают с технологическими. При этом отпадает необходимость пересчетов технологических цепочек, упро-щаются способы измерения детали, не сужаются допуски на размеры, что обычно наблюдается при введении технологических размеров и подсчёте допусков для них, упрощается конструкция приспособлений и соблюдается наиболее рациональная последовательность технологи-ческих переходов и операций.

      При проектировании деталей размеры следует задавать от реально существующих точек и поверхностей. Рекомендуется проставлять раз-меры так, чтобы замер детали можно было произвести прямым мето-дом, без пересчета размеров. Ниже приведены некоторые примеры более рациональной простановки размеров, способствующей упроще-нию изготовления деталей (рис. 2.16 – 2.21).


       

      image

      Рис. 2.16. Пример нетехнологичной (а) и технологичной (б) простановки раз-меров вилки

      Простановка размеров в случае а ведет к следующим осложнениям в обработке детали:

      – при фрезеровании паза и наружных плоскостей вилки на универ-сальном приспособлении необходимо настраивать станок на каждую


       

      33

      деталь, чтобы выдержать размер l2, т. к. положение вершины сферы будет колебаться в пределах поля допуска на длину L–l;

      • усложняются замеры детали, т. к. срезается точка отсчета А, что требует для контроля деталей пересчета размеров;

      • при сверлении отверстия точно выдержать размер l2 кромок ушка практически невозможно, т.к. для этого потребуется создание сложно-го приспособления.

      Технологичная простановка размеров упрощает изготовление дета-ли. При этом:

      • совпадение технологических и конструктивных баз позволяет производить фрезерование паза и проушин в универсальном приспо-соблении по настроенному процессу (рис. 2.19);

      • замеры детали производятся обычным универсальным инстру-ментом и не вызывают затруднений;

      – при сверлении отверстия размер l1 выдерживается стабильно. При этом значительно упрощается конструкция приспособления.

      На деталях, изготавливаемых на револьверном станке, рекоменду-ется проставлять размеры от одного торца, что значительно упрощает настройку оборудования и исключает пересчет технологических раз-меров.


       

      image

      Рис. 2.17. Рациональная простановка осевых размеров от одного торца Если наружные и внутренние поверхности вращения детали не мо-

      гут быть изготовлены на токарном станке за один установ, рекоменду-ется проставлять размеры от одного торца, который служит базой при обработке поверхности или началом отсчета при создании управляю-щей программы. Простановка размеров, как показано на рис. 2.18 сле-ва, требует пересчета размеров и сужает поле допуска.

      Не рекомендуется проставлять размеры на ушках и вилках от кро-мок ушка (вилки) или от оси отверстия ушка (вилки). При более ра-циональной простановке размеров обработка может производиться по настроенному процессу (рис. 2.21).


       

      Рис. 2.18. Рациональная проста-новка размеров, основанная на принципе совмещения конструк-торской и технологической баз


       

      image


       

      image

      Рис. 2.19. Совмещение конструкторских и техно-логических баз, позво-ляющее производить об-работку по настроенному процессу, обеспечиваю-щему большую точность деталей и стабильность технологического процес-са


       

      image

      Рис. 2.20. Простановка размеров от технологической базы, улучшающая тех-нологичность механической обработки деталей

      Не рекомендуется на чертеже проставлять координаты инструмен-та, т. к. замеры их весьма осложнены и требуют пересчетов размеров.


       

      image

      Рис. 2.21. Пример рациональной простановки размеров на ушках

      На рис. 2.22 показана деталь, у которой требуется обработать паз по кривой. В этом случае размеры лучше задавать от оси отверстий, которые будут служить базой для крепления копира. Координация па-за от кромок ушка усложняет производственный процесс, т. к. поло-жение паза детали будет колебаться в зависимости от допуска на кон-тур детали.


       

      image

      Рис. 2.22. Пример рационального задания размера паза от оси базового отвер-стия для установки копира, исключающего погрешность выполнения кромки ушка

      При фрезеровании лысок у деталей тел вращения размеры следует проставлять не от оси, а от образующей цилиндра, служащей базой в процессе обработки и измерения (рис. 2.23).

      При простановке размеров на уклон рекомендуется задавать высоту и угол (рис. 2.24 и 2.25).

      image

      Рис. 2.23. Пример простановки разме-ров от острых кромок и поверхностей, относительно которых выполнение замеров детали осложнено


       

      Рис. 2.24. Рациональная простановка размеров лысок на деталях – телах вращения использует преимущества принципа совмещения баз ,/}


       

      image


       

      image

      Рис. 2.25. Пример простановки размеров на уклон


       


       

      Канавки следует задавать углом α и наименьшей шириной b, при этом размер ширины будет зависеть только от размера площадки инструмента. Размеры большей ширины канавки будут колебаться в зависимости от погрешности глубины врезания и величины допуска на внешний диаметр детали. При размерах не более 160 мм глубину

      кольцевых канавок желательно задавать диаметром (рис. 2.27).


       

      image

      image

      Рис. 2.26. Пример указания на конусной поверхности отверстия наибольшего диаметра и угла, позволяющего быстро произвести настройку оборудования, выбрать нужный инструмент без дополнительных пересчетов, не сужая поля допусков


       

      Рис. 2.27. Пример рациональной простановки размеров на кольцевые канавки


       

      При указании размеров на длинномерных деталях из профилей с криволинейным контуром рекомендуется давать развертку, что значи-тельно упрощает изготовление деталей при механической обработке (рис. 2.28).


       

      image

      Рис. 2.28. Простановка размеров на развертке длинномерных гнутых деталей

      Простановка размеров от реально не существующей линии по-строения нежелательна. Это вызывает необходимость пересчета раз-меров при программировании обработки и контроле детали. Рекомен-дуется размеры задавать от реально существующих плоскостей и ли-ний (рис. 2.29).


       

      image

      image

      Рис. 2.29. Рациональное задание размеров от реально существующих поверх-ностей детали


       

      Рис. 2.30. Пример задания поверхно-сти плоскостями или телами вращения с прямолинейной образующей.


       

      Не рекомендуется в размерах механически обрабатываемых дета-лей делать ссылку на плазовую увязку. В случае, если аэродинамиче-ский контур мало отличается от обычных геометрических форм (ино-гда в пределах поля допуска), следует задавать поверхности плоско-стями или телами вращения с прямолинейной образующей (рис. 2.30).

      При простановке размеров на подсечке у длинномерных деталей не следует задавать размеры от теоретического контура. Размеры должны быть проставлены от наивысшей плоскости полки так, чтобы легко можно было определить размеры подсечек, толщину полок и общую толщину исходной заготовки (рис. 2.31).

      На рис. 2.32 показана простановка размеров, не обеспечивающая и

      обеспечивающая замер элементов конструкции прямым методом без пересчетов на величину колебаний высоты детали в поле допуска.


       


       

      image

      Рис. 3.31. Задание размеров на подсечке длинномеров


       

      image

      Рис. 2.32. Схема рациональной простановки размеров с использованием прин-ципа совмещения конструкторской и измерительной баз

      Координаты отверстий следует задавать от одной базы, если конст-рукторские и технологические базы совпадают (рис. 2.33, 2.34). На рис. 2.34, слева, показана деталь, отверстия которой закоординированы и от кромок детали, и от оси. В этом случае требуется применение не-скольких кондукторов с различными базами. На этом же рисунке спра-ва приведена деталь, отверстия которой могут быть изготовлены в одном кондукторе.

      image

      ¢:i Рис. 2.33. Пример неудачной про-становки координат отверстий – отверстия закоординированы от раз-ных технологических баз


       

      На деталях, у которых базой может служить отверстие, располо-женное по оси, или наружная цилиндрическая поверхность, координа-

      цию остальных отверстий целесообразно производить по окружности

      (рис. 2.35).


       

      image

      image

      Рис. 2.34. Пример неудачной про-становки координат отверстий – отверстия закоординированы от кромки и от оси ¢


       

      image

      а


       

      б

      Рис. 2.35. Рациональная координация отверстий относительно базового отвер-стия (а) и развитой цилиндрической части (б)

      В крупногабаритных тонкостенных деталях с поверхностями враще-ния (диаметры свыше 500 мм) размер толщины стенки рекомендуется задавать (рис. 2.36):

      • наружным и внутренним диаметром со свободными размерами, когда колебания толщины стенки конструктивно допускаются;

      • диаметром и толщиной стенки, когда толщину стенки необходимо выполнить в более жестких пределах. При этом допуск на толщину стенки задавать не ниже 14-го квалитета точности.

      В случае нетехнологичной простановки размеров допуск на толщи-ну стенки 0,12 мм требует выполнения с полем допуска 0,24 мм, кото-рое находится между полем допуска 9-го и 10-го квалитета точности. Выполнение тонкостенных крупногабаритных деталей с такой точно-стью вызывает большие производственные трудности.


       

      41

      Простановку размеров необходимо проводить только между обра-батываемыми поверхностями или только между необрабатываемыми с увязкой их с базовыми поверхностями (рис. 2.37).


       

      image

      Рис. 2.36. Рациональная простановка размеров крупногабаритных тонкостен-ных тел вращения


       

      image

      Рис. 2.37. Примеры увязки размеров поверхностей с базовыми поверхностями

      На рис. 2.38 слева изображен фитинг, у которого обрабатываемая плоскость отдалена от необрабатываемой на 1 ммПо нормали толщи-на стенки может колебаться в пределах 1,2 мм, в этом случае обраба-тываемая и необрабатываемая поверхности могут быть выполнены как одно целое, что значительно увеличит объем механической обработки. При простановке размеров между обрабатываемой и необрабаты-ваемой поверхностями номинальный размер должен быть больше, чем

      допуск на заготовку. При разделении обрабатываемой поверхности от необрабатываемой или обрабатываемых с разных установов на черте-же следует обозначать уступ и оговаривать величину перепада радиуса галтели (рис. 2.39).


       

      image

      Рис. 2.38. Рациональные назначение размера ступеньки


       

      image

      Рис. 2.39. Рациональное назначение высоты уступа между обрабатываемой и необрабатываемой поверхностями

      При проектировании сложных деталей необходимо предусматри-вать технологические базы (например, плоскости одного уровня, от-верстия и т.д.), что удешевляет оснастку, улучшает качество обработки и снижает ее трудоемкость (рис. 2.40).


       

      image

      Рис. 2.40. Создание специальных технологических баз на детали

      В чертежах заготовок в случае необходимости рекомендуется пре-дусматривать технологические приливы с отверстиями для установки и ориентации заготовок на станке, что повысит качество деталей, сократит сроки технологической подготовки и снизит расходы по оснастке (рис. 2.41). После удаления технологических приливов размеры целесо-образно проставлять, предусматривая уступы.


       

      image

      Рис. 2.41. Создание впоследствии удаляемых технологических приливов с базирующими отверстиями

      Назначение точности размеров и шероховатости обрабатываемых поверхностей

      image

      Точность размеров деталей непосредственно влияет на трудоем-кость механической обработки: с увеличением точности детали резко возрастает трудоемкость (см. рис. 2.42).


       

      Рис. 2.42. Связь относительной себе-стоимости с допуском на изготовле-ние деталей [3]


       

      Наиболее экономичными будут детали, у которых меньшее количе-ство поверхностей, обрабатываемых с повышенной точностью, что достигается при использовании различных конструктивных мер, ве-дущих к увеличению допусков, но не ухудшающих эксплуатационные качества изделия.

      Повышение точности ведет к увеличению производственного цик-ла, применению оборудования, приспособлений, мерительного инст-румента повышенной точности, более быстрому износу режущего ин-струмента и привлечению квалифицированной рабочей силы. Конст-руктивные и технологические решения, связанные с обеспечением за-данных точностей параметров деталей, должны быть выполнены наи-

      более производительными технологическими методами.

      Допуски на свободные размеры отверстий и валов, а также на раз-меры прочих типовых деталей выполняются по отраслевым нормалям.

      image

      На размеры между обрабатываемой и необрабатываемой поверхно-стями необходимо указывать допуск, который должен суммироваться из допусков на заготовку и механическую обработку или другой, по-следующий вид обработки. Нарушение этого правила иллюстрируется на рис. 2.43.


       

      Рис. 2.43. Пример детали, толщину стенки которой можно выдержать только в случае механической обра-ботки обеих сторон, в том числе и той, обработка которой не преду-смотрена


       

      Допуски на размеры между обрабатываемой и горячештампован-ной поверхностями суммируются из допуска на заготовку и допуска на механическую обработку.

      На размеры, получаемые в результате механической обработки и последующего размерного химического травления, необходимо давать суммарные допуски – из допуска на механическую обработку и допус-ка, необходимого на размерное химическое травление.

      При оформлении чертежа деталей, требующих точного выполнения геометрических форм, необходимо указывать допустимые отклонения на непрямолинейность, непараллельность, неперпендикулярность, овальность, конусообразность, бочкообразность и др.

      Технологичность основных элементов конструкции деталей

      К основным элементам конструкции деталей относятся открытые и сопрягаемые плоскости (колодцы, карманы, пазы, гнезда), наружные и внутренние (отверстия) поверхности вращения, резьбы, фасонные по-верхности, фаски и галтели.

      Открытые плоскости

      При конструировании деталей рекомендуется руководствоваться сле-дующими технологическими требованиями:

      Обеспечение необходимой жесткости деталей – это общее требо-вание для всех деталей, обрабатываемых резанием. Если деталь де-формируется при закреплении или вибрирует в процессе обработки под влиянием сил резания, то получить точные размеры и требуемый класс чистоты обработки поверхности затруднительно.


       

      45

      1. Ширина обрабатываемых плоских поверхностей должна соответствовать размерам нормальных фрез.

      Ширина обрабатываемой плоскости должна быть равна 0,8 фре-зы при торцевом фрезеровании (рис. 2.44, а) и быть на 3–5 мм меньше длины фрезы при цилиндрическом фрезеровании (рис. 2.44, б). При фрезеровании концевыми фрезами ширину обработки желательно уменьшить из-за консольного вылета фрезы. Максимальная ширина должна быть на 6–10 мм меньше длины режущей части фрезы (рис. 2.47, в).


       

      image

      Рис. 2.44. Предпочтительные соотношения между размерами плоскостей и фрез для их обработки

      image

      Для задания формы переходной поверхности для выхода фрезы следует руководствоваться размерами нормальных фрез (рис. 2.45).


       

      Рис. 2.45. Задание переходной поверхности для выхода фрезы


       

      Размеры плоскостей, обрабатываемых резанием, особенно точных, должны быть минимальными. Поверхности, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности и шероховатости, подвер-гаются шлифованию, шабрению, притиранию и обозначаются на чер-теже соответствующими знаками классов точности и чистоты.

      Детали со значительными размерами шлифуемой поверхности яв-ляются нетехнологичными, т. к. при их обработке происходит интен-сивный износ шлифовальных кругов, и, следовательно, снижаются


       

      46

      точность и класс чистоты обрабатываемой поверхности. Для увеличе-ния стойкости шлифовальных кругов и снижения трудоемкости обра-батываемые плоские поверхности следует выполнять в виде контур-ных полос, оставляя в средней части деталей углубленную необраба-тываемую поверхность (рис. 2.46).


       

      image

      Рис. 2.46. Оформление протяженных плоских поверхностей в виде контурных полос, уменьшающее площадь, подлежащую шлифованию

      Обрабатываемые плоские поверхности должны быть четко отделе-ны от черных (необрабатываемых) поверхностей или обработанных, но лежащих в других плоскостях. Следует также отделять поверхно-сти, лежащие в одной плоскости, но обрабатываемые разным инстру-ментом. Для плавного сопряжения этих поверхностей требуется тру-доемкая ручная подгонка (рис. 2.47).


       

      image


       

      Рис. 2.47. Схема задания уступов, отделяющих обработанную поверхность от необработанной

      Высота выступающих обрабатываемых площадок (платиков и бо-бышек) должна быть больше допуска на штамповку у прилегающей необрабатываемой плоскости (рис. 2.48). При малой высоте высту-пающих элементов их плоскости штампуются или отливаются запод-лицо с необрабатываемой плоскостью. В этом случае требуется обра-ботка плоскости А, не предусмотренная чертежом, и остаются не пре-дусмотренные переходные поверхности от инструмента.

      На металлорежущих станках (фрезерных, строгальных, плоско-

      шлифовальных и т.п.), предназначенных для обработки плоскостей, наиболее удобно обрабатывать поверхности, расположенные отдельно или перпендикулярно поверхности стола станка (рис. 2.49). Это позво-ляет применять приспособления более простой конструкции. Поверх-ности, находящиеся на одной стороне детали, следует располагать в одной плоскости, что даст возможность обрабатывать их за один уста-нов, а часто и за один проход.


       

      image

      Рис. 2.48. Оптимальная высота выступающих обрабатываемых платиков и бобышек


       

      image

      Рис. 2.49. Рациональное расположение обрабатываемых плоских поверхностей

      Узкие и длинные поверхности (ребра) должны допускать обработку в продольном направлении. На рис. 2.50, слева показана деталь, уча-сток А которой можно обрабатывать только в поперечном направле-нии. При фрезеровании узких и высоких рёбер в поперечном направ-лении ввиду недостаточной жесткости изделия появляются вибрации, ухудшающие шероховатость обрабатываемой поверхности и вызы-вающие сильный шум, что вынуждает снижать режимы обработки.


       

      image

      Рис. 2.50. Изменение конструкции детали с целью обработки ребер в продольном направлении

      Обрабатываемые обнижения должны быть открытыми для свобод-ного выхода режущего инструмента. Располагать их следует на одной высоте, что позволит обрабатывать детали по настроенному процессу и улучшит условия замера детали (рис. 2.51).


       

      image

      Рис. 2.51. Выполнение обнижений на одной высоте с открытым выходом инструмента

      Переходные радиусы необходимо предусматривать максимально возможных размеров. При обработке контура концевыми фрезами больших диаметров можно применять высокие режимы резания. Ма-лые переходные радиусы связаны с применением недостаточно жест-ких фрез малого диаметра. Обработка такими фрезами малопроизво-дительна.

      Следует по возможности избегать механической обработки плоско-стей деталей, упрощая их конструкции путем членения на более про-стые детали с применением сварных и других соединений (рис. 2.52).

      Достигаемая при механической обработке шероховатость элемен-тов детали зависит от жесткости системы СПИД. Поэтому в тонко-стенных деталях, где жесткость слишком мала, получение высокого


       

      49

      класса чистоты возможно только при очень большом увеличении тру-доемкости, а в некоторых случаях совершенно невозможно, особенно в деталях, имеющих теоретический обвод, большую длину или малые переходные радиусы (рис. 2.53). Достижение высоких классов чистоты в этих случаях возможно чрезвычайно трудоемкой доводкой или ме-ханизированными средствами (виброударным, пневмодинамическим методами и др.).


       

      image

      Рис. 2.52. Улучшение технологичности конструкции замка путем сварки из двух деталей


       

      image

      Рис. 2.53. Пример нетехнологичного задания высоких классов шероховатости на поверхности тонкостенных нежестких деталей, имеющих теоретический контур или переходные поверхности

      Сопрягаемые плоскости (колодцы, карманы, пазы, гнезда)

      Для улучшения технологичности колодцев, карманов, пазов, гнезд и других элементов деталей с сопрягаемыми плоскостями рекоменду-ется руководствоваться рядом следующих технологических требова-ний.

      Размеры элементов с сопрягаемыми плоскостями должны быть увязаны с размерами нормальных концевых фрез (рис. 2.54). Для этого при конструировании необходимо учитывать:

      – наибольшая глубина элементов (колодцев, карманов, пазов, гнезд) должна быть на 4–5 мм меньше режущей части фрезы. В дета-лях из конструкционных сталей глубину элементов рекомендуется предусматривать не более 1,5 фрезы, а в деталях из нержавеющих сталей и титановых сплавов – не более фрезы.

      – радиус у дна элемента следует выбирать равным радиусу фрезы у торца, который не должен превышать значений, указанных в табл. 2.4, 2.5. Желательно переходные радиусы у дна элемента заме-нять фасками; это особенно важно при работе фрез, оснащенных твер-дым сплавом.


       

      image

      Рис. 2.54. Увязка размеров сопрягаемых плоскостей с размерами концевых фрез


       

      Таблица 2.4

      Глубина фрезерования в зависимости от радиуса закругления и диаметра концевых фрез из быстрорежущей стали


       


       

      D

      R

      0,5–3

      0,5–4

      0,5–5

      0,5–6

      0,5–10

      Нмакс

      14

      25

             

      16–18

       

      30

           

      20–22

         

      35

         

      25–32

           

      40

       

      36

             

      45

      40

             

      50

      45–50

             

      60

      Таблица 2.5

      image

      Глубина фрезерования в зависимости от радиуса закругления и диаметра концевых фрез с твердосплавными пластинами


       


       

      D

         

      R

       

      0,5–2

      1–2,5

      1–4

      1–5

             

      10–12

      12

           

      14–16

      14

           

      18

       

      14

      35

       

      20–22

       

      16

         

      24–25

         

      16

       

      28–36

           

      20


       

      40–50

           

      24

      image

      – радиус сопряжения боковых сторон R = Dфр/2 следует назначать из расчета, чтобы обработка проводилась за минимальное количество проходов. Так, колодец, который может быть обработан за три прохода фрезой ø28 (рис. 2.55), обработан за два прохода фрезой ø36 вследст-вие увеличения радиуса сопряжения боковых поверхностей. Кроме этого радиусы сопряжения колодцев и карманов желательно выпол-нять одинаковыми, т.к. обработка при этом производится одним инст-рументом


       

      Рис. 2.55. Увеличение радиуса сопряжения боковых сторон позволяет использовать конце-вую фрезу большего диаметра и уменьшить количество проходов при обработке карманов и ко-лодцев


       

      Конструкция пазов и прорезей малой ширины должна предусмат-ривать обработку их дисковыми фрезами. Обработка узких пазов и прорезей более производительна дисковыми фрезами, чем концевыми. Открытые пазы, а также ушки, обрабатываемые дисковыми фрезами, должны быть согласованы с размерами нормальных дисковых фрез. В табл. 2.6, 2.7 приведена наибольшая глубина фрезерования обрабаты-ваемых пазов в зависимости от их ширины и размеров нормальных и радиусных дисковых фрез.

      Таблица 2.6

      Глубина обрабатываемых пазов в соответствии с их шириной

      и размерами нормальных пазовых фрез из быстрорежущей стали


       

      Радиус закругления, R


       

      Ширина паза, B

      Диаметр фрезы, D

      90

      110

      130

      150

      175

      200

      250

      Глубина паза, Hмакс

      1

      3

      20

                 

      1

      4; 4,5; 5; 5,5

      20

      27

               

      1;1,5

      6

       

      27

      38

             

      1,5

      7; 8; 9

         

      38

             

      1,5

      10; 11

           

      46

           

      1,5;3

      12

           

      46

      50

         

      3

      13; 14; 15

             

      50

         

      3

      16; 18; 20

               

      65

      80

      Таблица 2.7

      Глубина обрабатываемых пазов в соответствии с их шириной и размерами нормальных полукруглых фрез из быстрорежущей

      стали


       


       

      Ширина паза, B

      Диаметр фрезы, D

      75

      90

      110

      130

      150

      175

      200

      225

      250

      Глубина паза, Hмакс

      2,0; 2,5

      18

                     

      3,0

      18

      20

      26

                 

      4,0; 4,5; 5; 5,5

         

      26

                 

      6,0; 7,0

           

      35

               

      8,0; 9,0

           

      35

      45

             

      10

             

      45

      50

           

      11; 12

               

      50

           

      13; 14; 15

                 

      64

         

      18; 20

                   

      70

       

      22; 24; 26

                   

      70

      80


       

      Примечание. Количество типоразмеров используемых фрез может быть дополнительно сокращено отраслевыми ограничительными нормалями.

      Форма переходных поверхностей паза зависит от требуемой точно-сти, класса шероховатости и материала детали. Показанные на рис. 2.56 формы переходной поверхности паза могут быть изготовлены дисковыми фрезами из быстрорежущей стали (а) и оснащенными но-жами из твердого сплава (б) в деталях из цветных и титановых сплавов и стали с в<800 МПа. Это позволяет получить пазы 10–12 квалитета

      точности с шероховатостью не лучше а

      5 мкмТакая же форма

      переходной поверхности может быть получена и для стальных деталей с в>800 МПа со свободными размерами паза (13 квалитет точности и

      ниже а

      5 мкм), т. к. паз фрезеруется до термической обработки,

      когда предел прочности заготовки не превышает 800 МПа.

      Пазы могут обрабатываться и в термически обработанных деталях из титановых сплавов и стали с в<1200 МПа (без предварительной обработки до закалки). При этом переходная поверхность паза должна быть выполнена в виде фаски, поскольку паз фрезеруется дисковой фрезой, оснащенной ножами из твердого сплава. Заточка радиусных переходов дисковых фрез, особенно оснащенных ножами из твердого сплава, представляет в производстве большую трудность. В работе такие фрезы не стабильны и быстро изнашиваются.

      Фрезами, оснащенными твердым сплавом, могут обрабатываться пазы в деталях из стали с в = 1800–2000 МПа. Шероховатость фрезе-

      рованной поверхности термически обработанных деталей из стали может быть равной Rа = 2,5 мкм.


       

      image

      Рис. 2.56. Переходные поверхности пазов, прорезаемых дисковыми фрезами

      При обработке пазов в деталях из титановых сплавов и стали с

      в>1200 МПа, имеющих классные размеры, необходимо предусмат-ривать переходные поверхности с учетом предварительной обработки паза (рис. 2.56, в и г). Фрезерованием можно изготовить пазы по 11-му и 12-му квалитету точности. Большая точность достигается при по-следующем шлифовании или протягивании. Образующиеся при этом формы переходных поверхностей необходимо обозначать на чертеже, особо оговаривая, что шероховатость дна паза не превосходит Ra 5 мкм, т. к. при чистовой обработке дно не обрабатывается.

      В конструкции оснастки часто предусмотрено выполнение Т-

      образных пазов. Учитывая, что рабочие поверхности таких пазов обра-батываются малопроизводительными фрезами специальной формы, желательно уменьшать размеры окончательно обрабатываемых по-верхностей. На рис. 2.57 (справа) показана конструкция паза, в кото-рой размеры рабочих поверхностей уменьшены путем введения выем-ки А, образуемой фрезой при предварительном прорезании паза.


       

      image

      Рис. 2.57. Улучшение технологичности Т-образного паза путем введения вы-емки, образуемой дисковой фрезой

      Изготовление длинных узких пазов повышенной точности (выше 13-го квалитета) и шероховатостью поверхности выше Rа = 5 мкм вы-зывает технологические трудности из-за возникающих вибраций


       

      54

      вследствие недостаточной жесткости системы СПИД. В случае приме-нения таких пазов необходимо учитывать выход дисковой фрезы. До-работка основания паза концевой фрезой затруднена, а иногда и не-возможна (рис. 2.58).


       

      image

      Рис. 2.58. Учет выхода дисковой фрезы при прорезании узкого паза с целью улучшения технологичности конструктивного элемента

      Следует избегать в конструкции детали закрытых пазов и гнезд. Применение открытых пазов позволяет вести обработку по настроен-ному процессу, улучшает шероховатость и точность изготовления (рис. 2.59).


       

      image

      а б

      Рис. 2.59. Применение в конструкции детали закрытых пазов и гнезд, ухудшающее ее технологичность

      Аналогично при проектировании треугольных шлиц на шейке вала всегда необходимо предусматривать полный выход фрезы (рис. 2.60).

      Форму пазов на деталях тел вращения задается в зависимости от размеров этих деталей. На деталях малого диаметра при небольшой ширине стенки паза желательно проектировать параллельно друг дру-гу, т. к. обработка производится за один проход (рис. 2.61). На деталях большого диаметра при большой ширине стенки паза необходимо про-ектировать радиально, т. к. обработка паза производится на поворот-ном столе (рис. 2.62).

      При сопряжении наклонного ребра с основанием необходимо в месте сопряжения предусматривать уступ, что исключает слесарную

      доработку и предохраняет от зарезания плоскости при механической обработке ребра (рис. 2.63).


       


       

      image


       

      image

      Рис. 2.60 Полный выход фрезы, преду-сматриваемый при обработке треугольных шлиц

      Рис. 2.61 Выполнение параллель-ных стенок пазов на телах враще-ния малого диаметра


       

      image

      Рис. 2.62. Радиальное расположение стенок паза на детали большого диаметра, улучшающее технологичность обработки паза


       

      image

      Рис. 2.63. Формирование уступа в месте сопряжения наклонного ребра с плоско-стью, улучшающее технологичность механической обработки сопряжения


       

      При сопряжении ребра с ребром (или другими элементами детали), образующими угол, рекомендуется в месте сопряжения предусматри-вать площадку с уступом для подхода инструмента, что исключает слесарную доработку в месте сопряжения (рис. 2.64).

      Для исключения слесарных доработок, улучшения технологично-сти и качества механической обработки следует по возможности избе-гать сопряжения двух наклонных ребер. При необходимости одно из них делать перпендикулярным основанию и показывать линию стыка (рис. 2.65).

      В нежестких деталях с колодцами и карманами больших габаритов и тонкими донышками рекомендуется вводить дополнительные ребра жесткости, что повышает жесткость детали, упрощает конструкцию

      оснастки и снижает трудоемкость за счет увеличения режимов обра-ботки (рис. 2.66).


       

      image

      Рис. 2.64. Выполнение площадки для подхода концевой фрезы в местах при-мыкания ребра к другим ребрам


       


       

      image


       

      Рис. 2.65. Указание в местах при-мыкания двух наклонных ребер линии стыка, положение которой должно исключать необходимость слесарных доработок


       

      image

      а

      image б

      Рис. 2.66. Дополнительные ребра в широких колодцах (а) и карманах (б), по-

      вышающие технологичность обработки панелей

      На наклонных ребрах большой ширины для уменьшения веса и снижения трудоемкости фрезерования рекомендуется делать колодцы без механической обработки (рис. 2.67).


       

      image

      Рис. 2.67. Создание необрабатываемых колодцев на широких наклонных реб-рах, улучшающее технологичность их механической обработки

      Если к карману прилегают полки с высокими ребрами, необходима фреза с режущей частью, превышающей высоту большого ребра. При введении небольших изменений (рис. 2.68) высота режущей части фрезы сокращается вдвое, возрастает ее жесткость и повышается про-изводительность.


       

      image

      Рис. 2.68. Смещение колодца на 1–3 мм в сторону от высокого ребра, позво-ляющее обработать колодец фрезой с меньшей длиной режущей части

      Для получения тонкостенных элементов деталей (менее 2,5 мм), ограниченных сопрягаемыми плоскостями, экономически целесооб-разно использовать размерное химическое травление, оставляя после механической обработки припуск на химическое травление, тем самым

      резко снижая трудоемкость изготовления деталей. При этом чертеж-ные допуски на размеры, получаемые размерным химическим травле-нием, должны складываться из допусков на механическую обработку и размерное химическое травление.

      Наружные поверхности вращения

      При конструировании деталей с поверхностями вращения следует руководствоваться рядом специфических требований технологично-сти, среди которых важнейшими являются обеспечение жесткости конструкции детали и удобство ее установки базирования и закрепле-ния.

      Для этого в тонкостенных деталях диаметром 500 мм и более необ-ходимо предусматривать ребра жесткости. При проектировании дета-лей типа валиков не рекомендуется задавать длины более 10 D.

      Не следует поверхность детали проектировать конической по всей длине. Необходимо предусматривать цилиндрический поясок, который может служить базовой поверхностью в тонкостенных деталях диа-метром более 500 мм и высотой свыше 200 мм не рекомендуется про-ектировать переход между диаметрами в виде конической поверхно-сти, лучше – в виде уступа (рис. 2.69). Детали такого типа рационально обрабатывать на карусельных станках с креплением за уступ.


       

      image

      Рис. 2.69. Уступ на наружной цилиндрической поверхности крупной детали, обеспечивающий удобство ее крепления на карусельном станке

      В стальных деталях, которые имеют точные наружные диаметры (7-го и 8-го квалитета) или кольцевые пояски, необходимо предусмат-ривать центры (рис. 2.70, а) или центровые фаски (рис. 2.70, б) для дальнейшей обработки на шлифовальном станке, а размеры центров и центровых фасок оговаривать в чертеже.

      Отсутствие центровых отверстий или фасок в чертежах требует введения технологических центров, что вызывает лишний расход ма-териала, дополнительные операции для удаления технологических центров после окончательной обработки детали. Эти операции трудо-

      емки, т. к. часто выполняются после закаливания, а иногда и после гальванических операций. В последнем случае места технологических центров остаются без гальванопокрытий и требуют лакокрасочных защит.


       

      image

      Рис. 2.70. Выполнение в конструкции детали – тела вращения центров и цен-тровых фасок, позволяющее выдержать единство баз на всех операциях обра-ботки точных цилиндрических поверхностей

      Ступенчатые цилиндрические поверхности деталей следует по воз-можности располагать по мере убывания диаметров от одного конца к другому (рис. 2.71, а) или от середины к обоим концам (рис. 2.71, б).


       

      image

      а imageб

      Рис. 2.71. Примеры технологичных конструкций деталей с односторонними (а)

      и двусторонними (б) уступами


       

      Точные цилиндрические поверхности следует отделять от других поверхностей канавками для выхода шлифовального круга (рис. 2.72). Если из-за условий прочности нельзя применить канавку, то на детали для всех ступеней предусматривать одну и ту же галтель, т. к. разные галтели требуют разной заправки абразивного круга.

      На наружных поверхностях вращения следует избегать выступов, не вписывающихся в контур поперечного сечения (рис. 2.73).


       

      image

      image

      Рис. 2.72. Технологичное оформление шлифуемых цилиндрических поверхно-стей


       

      ¢:iРис. 2.73. Пример технологичного выпол-нения выступа на цилиндрической поверхно-сти


       

      При сопряжении поверхностей вращения с другими поверхностями необходимы переходные участки (рис. 2.74).


       

      image

      Рис. 2.74. Формирование переходного участка на детали, облегчающего проектирование траекто-рии движения резца при обработке цилиндриче-ского участка


       

      Торцевые поверхности вращения следует предусматривать плоски-ми, без радиальных канавок и выступов. Обработка прерывистых по-верхностей снижает производительность, точность обработки, ухуд-шает шероховатость поверхности.

      Необходимо разделять уступами поверхности, обрабатываемые разным инструментом (рис. 2.75) и избегать проектирования кольце-вых выточек (рис. 2.76) на торце со стороны стержня, если торцы не требуют шлифования. Обработка выточек связана с применением спе-циального инструмента и увеличением трудоемкости.


       


       

      image


       


       

      image

      Рис. 2.75. Отделение уступом кольцевой выточки, обрабатываемой канавочным рез-цом, и цилиндрической части, обрабатывае-

      Рис. 2.76. Исключение торцевой выточки, если не требуется шли-

      мой проходным резцом фование торца


       

      Обеспечение технологичности отверстий

      В зависимости от требуемых квалитетов точности, шероховатости поверхности, а также конфигурации детали отверстия обрабатываются сверлением, зенкерованием, развертыванием, растачиванием, шлифо-ванием, протягиванием и другими способами.

      Отверстия подразделяются на обыкновенные и глубокие, к по-следним относятся отверстия, у которых отношение длины к диаметру не менее 5–8 (большие значения – для отверстий меньшего диаметра). Кроме того, отверстия делятся на сквозные и глухие. К глухим относят-ся отверстия, в которых резко ограничено осевое перемещение инст-рументов, изготовляющих отверстия (обработка «в упор»), а также отверстия ступенчатые со значительным перепадом ступеней.

      image

      Отверстия по возможности следует делать сквозными. Изготов-ление глухих отверстий, особенно таких, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности, шероховатости поверхно-сти и расположения их относительно других поверхностей, вызывает большие затруднения. В ступенчатых отверстиях наиболее точную ступень необходимо делать сквозной (рис. 2.77). При обработке сквоз-ных отверстий можно добиться большей производительности. По воз-можности следует сокращать длину обрабатываемой поверхности (рис. 2.78).


       

         

      Рис. 2.77. Технологичное выполнение сквозных классных отверстий

      Рис. 2.78. Уменьшение длины класс-ной цилиндрической поверхности, снижающее трудоемкость обработки

      Необходимо по возможности ограничивать применение отверстий высокого квалитета точности. Наличие таких отверстий увеличивает стоимость деталей и производственный цикл их изготовления. В связи с тем, что для изготовления более точных отверстий требуется боль-шее число переходов, необходимо и большее количество инструмен-тов. Сами инструменты должны быть очень точными и более дороги-ми. Кроме того, такие инструменты быстрее теряют свои размеры в процессе изнашивания при работе. Для изготовления отверстий высо-ких квалитетов точности требуется очень тщательная наладка станка и

      инструмента. Особенно технологически сложно и трудоемко выполне-ние классных отверстий малых диаметров (до 9 мм) в термически об-рабатываемых материалах с в 1000 МПа. Обработку таких отверстий производят инструментом, оснащенным твердым сплавом, после зака-ливания детали. Изготовление и эксплуатация такого инструмента представляет большие производственные трудности.

      Конфигурация глухих отверстий, обрабатываемых осевым инстру-ментом, должна соответствовать конструкции применяемого инстру-мента. Осевой режущий инструмент (сверло, зенкер, развертка) имеет коническую заборную часть, которая образует у дна отверстия пере-ходную поверхность. Так как зенкер и развертку нельзя установить точно на глубину отверстия и они имеют разные по величине заборные конусы, то форма переходной поверхности получается ступенчатой (рис. 2.79). Подрезка торца в глухих отверстиях (эскиз в) является ма-лопроизводительной операцией. Поэтому при обработке глухих отвер-стий следует применять инструменты для обработки сквозных отвер-стий (эскиз б и г), предусматривая в чертежах участок f (эскиз е) нера-бочей части отверстия (переходной поверхности).

      Кроме того, при проектировании изделия следует учитывать (осо-бенно при прессовых соединениях деталей), что при изготовлении от-верстий развертками для глухих отверстий диаметр последних у входа на некоторой длине (3–6 мм, в зависимости от диаметра отверстия) выходит из заданных допусков, это отклонение необходимо преду-сматривать чертежом.


       

      image

      Рис. 2.79. Конфигурация поверхности, полученная при сверлении (а), растачи-вании зенкером (б), зенкером глухих отверстий (в), развертывании разверткой сквозных (г) и глухих отверстий (д).

      При проектировании точных глухих отверстий (6, 7, 9-го квалитета точности) с высоким классом шероховатости необходимо предусматри-вать у дна отверстия переходной уступ (рис. 2.80, а) или кольцевую ка-

      навку для выхода инструмента (рис. 2.80, б). При наличии переходного уступа в чертеже следует указывать: «Допускается уступ не более 0,7 мм».

      Если отверстия предварительно обрабатываются на сверлильных, фрезерных, расточных или агрегатных станках, т. е. деталь в процессе обработки не вращается, то канавки у дна отверстия делать не следует, т. к. ее получение в этом случае связано с применением дорогостоящей оснастки или совсем невозможно.


       

      image

      Рис. 2.80. Выполнение переходного ус-тупа (а) и кольцевой канавки для раста-чивания точного глухого отверстия


       

      Точные отверстия с поверхностью высокого класса шероховатости обрабатывают тонким растачиванием, шлифованием и хонингованием. Для выполнения этих операций наиболее удобными являются отвер-стия диаметром свыше 18 мм при отношении l/d  0,5–1,0 (большие значения для меньших диаметров). Под хонингование не следует пре-дусматривать отверстия диаметром менее 20 мм.

      При обработке глухих отверстий хонингованием выполняются вы-точки шириной 0,5–1,0 (меньшие значения для больших диаметров). Если такие выточки не могут быть предусмотрены по условиям конст-рукций, то следует применять у дна отверстия рассмотренные выше канавки (рис. 2.80, б). В этом случае хонингование нельзя проводить на всей длине глухого отверстия. Следует оговаривать в чертеже дли-ну хонингования (рис. 2.81).


       

      image

      Рис. 2.81. Указание на чертеже детали длины хонингования


       

      При проектировании отверстий следует предусматривать возмож-ность их обработки нормализованными осевыми режущими инстру-ментами (сверлами, зенкерами, развертками). Не рекомендуется про-ектировать поперечные отверстия, выходящие в обрабатываемую зону точного отверстия. В этом случае необходим вывод отверстия во внут-реннюю кольцевую канавку (рис. 2.82).


       

      image

      Рис. 2.82. Поперечное отверстие, пересекающее классное отверстие, с выходом в канавку

      При обработке отверстий должен быть предусмотрен свободный доступ для ввода режущего инструмента. Располагать отверстия относительно других поверхностей детали следует так, чтобы инструмент имел свободный подход. При проектировании отверстий в ребрах глухих карманов, что весьма нежела-тельно, отверстия должны располагаться на высоте не менее 12 мм (для отвер-стий не свыше 5 мм) от внутренней плоскости стенки (рис. 2.83).


       

      image

      image

      Рис. 2.83. Размещение отверстий в ребрах глухих кар-манов

      Рис. 2.83 a. Обеспечение доступа для ввода осевого инструмента ¢


       

      Не рекомендуется располагать оси отверстий под углом к поверх-ности детали (рис. 2.84). При таком расположении отверстий на режу-щий инструмент действуют односторонние усилия резания, снижаю-щие точность и шероховатость обработки поверхности. Инструмент малых диаметров при этом подвержен частой поломке. Без специаль-ной оснастки (кондуктора) такие отверстия обрабатывать нельзя.


       

      image

      Рис. 2.84. Вход и выход осевого инструмента под углом к поверхности детали

      Выполнение выточек в деталях на сверлильных, расточных, фре-зерных и агрегатных станках очень затруднительно и требует приме-нения специальной малопроизводительной оснастки. В ряде случаев этого можно избежать введением разрыва в детали (рис. 2.85а). В ли-тых деталях следует применять необрабатываемые выточки (рис. 2.85, б). В глухих отверстиях выточку выполнять в заготовках до сварки детали (рис. 2.85, в). По возможности применения механически обрабатываемых выточек следует избегать.


       

      image

      Рис. 2.85. Примеры оформления выточек в отверстиях

      Конструкция ступенчатых отверстий должна допускать обработку их с одной стороны. Обработка ступенчатых отверстий диаметром, уменьшающимся к середине детали, с обеих сторон (рис. 2.85г) обыч-но требует расчленения обработки на операции. Обработка отверстия за две установки приводит к увеличению отклонения отверстия от со-осности. На рис. 2.85д показаны отверстия, изготовляемые за одну операцию, с диаметрами ступеней, убывающими в одном направлении. В этом случае обеспечивается наивысшая, практически достижимая точность по соосности отверстий и сокращается вспомогательное вре-мя.

      Необходимо избегать по возможности применения конических от-верстий, особенно больших диаметров. Обработка таких отверстий связана с применением специальной оснастки.

      Классные отверстия должны иметь нормальные диаметры в соот-ветствии с ГОСТом (рис. 2.86). Отклонения от ГОСТа ведут к приме-нению специального режущего и измерительного инструмента.

      В центровых отверстиях следует предусматривать предохранитель-ную фаску во избежание их повреждения при последующей механиче-ской обработке (рис. 2.87).


       


       

      image


       


       

      image

      Рис. 2.86. Назначение диаметров отверстий из предпочтительного ряда

      Рис. 2.87. Предохранительная фаска на центровом отверстии


       

      Цекование торца, где это возможно, следует заменять обточкой или фрезерованием (рис. 2.88), избегать цекования поверхностей, закры-тых для доступа инструмента другими поверхностями.


       

      image

      Рис. 2.88. Возможные варианты замены цековки обточкой и фрезерованием

      В связи со сборкой к конструкции отверстий предъявляется ряд до-полнительных технологических требований.

      Отверстия под шпильки (нерабочую их часть) необходимо проек-тировать с зазором по отношению к телу шпильки (рис. 2.89).

      Во избежание выпучивания материала у кромок отверстия при за-вертывании шпилек рекомендуется на выходе отверстия предусматри-вать фаску (рис. 2.90).


       


       

      image


       

      image


       

      Рис. 2.89. Выполнение зазора в отверситях под шпильки

      Рис. 2.90. Оформление резьбового отверстия под шпильку и болт фаской, предотвращающей выпучивание мате-риала

      При сборке деталь не должна одновременно садиться по несколь-ким поверхностям. Если деталь имеет ступенчатые или конические отверстия, только одно из них должно быть сопрягаемой поверхно-стью. Не допускается посадка сопрягаемых деталей по нескольким поверхностям (рис. 2.91). При неподвижных посадках по нескольким

      концентричным поверхностям посадочные места должны быть сту-пенчатыми во избежание задиров при монтаже (рис. 2.92).


       


       

      image

      а

      image б

      Рис. 2.91. Пример посадки сопрягаемых деталей

      Рис. 2.92. Посадка на сту-пенчатые концентрические отверстия, предотвращаю-щая задиры при монтаже


       

      Следует по возможности уменьшать диаметр центрирующих коль-цевых выточек у крупногабаритных деталей в целях более точной по-садки, защиты посадочных мест от повреждения и компактности узла (рис. 2.93).


       

      image image


       

      Рис. 2.93. Уменьшение диаметра центрирующих кольцевых выточек, улуч-шающее технологичность сборки узла


       

      Резьба и резьбовые соединения Наружная резьба

      При серийном производстве изготовление наружной резьбы про-изводится накатыванием (если позволяют габаритные размеры и кон-

      фигурация детали); фрезерованием (кроме деталей, термически обра-ботанных на прочность в1100 МПа); нарезанием резцом или гребен-ками. Наихудшим в отношении качества резьбовой поверхности явля-ется изготовление резьбы нарезанием круглыми плашками (лерками). Шлифование резьбы представляет собой весьма трудоемкую опера-цию, которую следует по возможности избегать, заменяя шлифование накатыванием.

      На наружных резьбовых поверхностях рекомендуется предусмат-ривать заходную фаску с углом 450, которая обеспечивает благоприят-ные условия для работы резьбообразующего инструмента и способст-вует предохранению начальной нитки резьбы от механических повре-ждений. Ширина фаски должна равняться шагу нарезаемой резьбы.


       

      image

      Рис. 2.94. Часто встречающиеся конструкции наружных резьбовых поверхно-стей


       

      Проточка канавок (рис. 2.94, а, б) на деталях с наружной резьбой является дополнительной технологической операцией и должна преду-сматриваться в чертеже при нарезании резьбы резцом и шлифоваль-ным кругом; при нарезании резьбы на деталях из высокопрочных ле-гированных сталей типа 40ХНМА, 30ХГСНА с последующей термо-обработкой и калибровкой. При изготовлении резьбы фрезерованием, нарезанием круглыми плашками и накатыванием целесообразно пре-дусматривать сбег резьбы.

      На рис. 2.94, в приведен вариант резьбы, где вместо канавки преду-смотрен сбег. Вариант наиболее технологичного изготовления резьбы способом накатывания, исключающим редуцирование стержня перед накатыванием, приведен на рис. 2.94, г. Средний диаметр резьбы при-мерно равен диаметру стержня.

      Шлифуемые диаметры должны быть больше диаметра резьбы. Это позволяет производить шлифование более производительными мето-дами (рис. 2.95).


       

      image

      Рис. 2.95. Диаметр резьбы на шейке детали


       

      На деталях, термически обработанных на прочность свыше

      в = 1100 МПа, рекомендуется применять изотермическую светлую калку, исключающую операцию калибрования резьбы после термооб-работки.

      Внутренняя резьба

      При серийном производстве внутренние резьбы на материалах, термически обработанных на прочность не выше в = 1100 МПа, реко-мендуется изготовлять нарезанием метчиками (наиболее производи-тельный способ) и гребенками, фрезерованием, а также нарезанием резцами на материалах, термически обработанных на прочность свыше

      в = 1100 МПа. Резьбошлифование шлифовальными кругами является наиболее трудоемким способом.

      Фрезерование и нарезание гребенками и резцами внутренней резьбы выполнимо при номинальном размере резьбы от 16 мм и выше. Нарезание метчиками по целому материалу рекомендуется произво-дить до 30–33 мм номинального размера резьбы, большие диаметры желательно изготовлять предварительно резцом, а затем калибровать метчиком.

      image

      Диапазон размеров внутренней резьбы, изготовляемой шлифова-нием, ограничивается существующим оборудованием. Шлифование для незакаленных деталей обычно не предусматривается.


       

      Рис. 2.96. Часто встре-чающиеся конструкции внутренних резьбовых поверхностей


       

      На рис. 2.96 показаны наиболее часто применяемые в конструк-

      циях внутренние резьбовые поверхности (отверстия).

      На внутренних резьбовых поверхностях рекомендуется преду-сматривать заходную фаску, создающую благоприятные условия для работы режущего инструмента.

      В резьбовых отверстиях с несквозной резьбой, нарезаемой мет-чиком или фрезой, следует предусматривать сбег резьбы (рис. 2.96, а). Отверстие под резьбу должно быть по возможности большой глубины, а при коротких изделиях – сквозным.

      При изготовлении резьбы резцом, гребенкой или шлифовальным кругом в глухих резьбовых отверстиях (диаметром от 12 мм и выше) предусматриваются канавки (проточки) для выхода режущего инстру-мента (рис. 2.96, б, в).

      Внутренние резьбы изготавливают по возможности сквозными. На рис. 2.96, г показан наиболее технологичный вариант изготовления резьбового отверстия.

      Длинных внутренних резьб следует избегать. Длина резьбы не должна превышать 1,5–2 (– наружный диаметр резьбы). В глубо-ких отверстиях рекомендуется резьбу делать не длиннее 1,5–2 D, рас-сверливая остальную часть отверстия сверлом большего диаметра (рис. 2.96д).

      Не следует применять резьбы с номинальным диаметром менее

      6 мм вследствие частой поломки метчиков при нарезании таких резьб. На деталях, термически обработанных на прочность свыше

      в = 1100 МПа, внутреннюю резьбу по возможности нарезать до тер-мообработки с последующим калиброванием после термообработки. Это вызывается причинами как технологического характера (трудно-стью изготовления резьбы), так и прочностного.

      Необходимо унифицировать размеры применяемых резьб по изде-лию в целом для уменьшения номенклатуры режущего и измеритель-ного инструмента.

      Фасонные поверхности

      Фасонные поверхности тел вращения в большинстве случаев изго-товляются на универсальных токарных станках профилированными резцами или на танках с ЧПУ. При изготовлении фасонными резцами точность профиля и шероховатость поверхности зависят от точности и шероховатости режущих кромок инструмента, жесткости детали и со-стояния станка.

      Для обеспечения благоприятных условий работы режущего инст-румента углы  между осью вращения детали и касательной к обра-зующей профиля не должны превышать 800 (рис. 2.97, а).

      При изготовлении фасонных поверхностей по копирам на точность обработки и шероховатость поверхности кроме точности копира влия-

      ет также инерционность копировальной системы. Поэтому шерохова-тость обрабатываемой фасонной поверхности и точность обработки при изготовлении по копирам не превышают шероховатость и точ-ность при изготовлении фасонным инструментом.

      Длина обрабатываемой фасонной поверхности практически огра-ничивается возможностями станка и устройством копировальной сис-темы. Усилия резания примерно равны усилиям, возникающим при обработке детали обычным проходным резцом.

      При обработке по копиру углы  между осью вращения детали и касательной к образующей профиля не должны превышать величин, указанных на рис. 2.97, б. Углы  во всех случаях рекомендуется уменьшать.


       


       

      image


       


       

      image

      а

      б

      в

      Рис. 2.97. Допускаемые углы между осью вращения детали и касательной к образующей профиля при обработке на токарном станке (а), копировальном с гидравлической (б) и механической (в) системами копирования


       

      Наружные и внутренние сферические поверхности не должны быть сплошными. Для улучшения технологичности торец детали оставлять плоским. Кроме того, желательно предусматривать переходную про-точку (рис. 2.98). Сплошная внутренняя сферическая поверхность не-технологична. Для улучшения технологичности в детали рекомендует-ся предусматривать центральное отверстие или засверловку.


       

      image

      Рис. 2.98. Исполнение сферических поверхностей

      Механически обрабатываемые фасонные поверхности следует чет-ко отделять от других поверхностей. Для обработки галтели, сливаю-

      щейся с другой поверхностью, фрезу приходится устанавливать для каждой детали в зависимости от фактического размера заготовки с последующей слесарной доработкой. Изменение формы выступа уст-раняет этот недостаток, улучшает технологичность детали и позволяет производить обработку детали по настроенному процессу (рис. 2.99).


       

      image

      Рис. 2.99. Отделение фасонной поверхности от других поверхностей улучшает технологичность ее изготовления

      Фасонные отверстия должны иметь симметричный профиль. Наи-более производительным методом получения таких отверстий является протягивание. Желательно, чтобы для облегчения работы протяжки профиль был максимально образован окружностью (рис. 2.100). В про-фильных отверстиях не должны применяться внутренние выточки, т. к. это приводит к поломке инструментов.


       

      image

      Рис. 2.100. Максимальное приближение профиля протягиваемого отверстия к окружности, улучшающее технологичность обработки фасонного отверстия

    3. Технологичность основных классов деталей авиационной техники

В число основных классов механически обрабатываемых деталей вертолетов относятся: монолитные панели, крупногабаритные детали из магниевых сплавов, балки и лонжероны, монорельсы, узлы поворо-та, шпангоуты и рамы, длинномерные детали из прессованных профи-лей, профили разъема, фитинги и кронштейны, рычаги и качалки, фланцы и крышки.

Обработка крупногабаритных деталей на металлорежущих станках является наиболее трудоемким процессом, требующим особо сложных средств технологического оснащения. Основными факторами, способ-ствующими снижению трудоемкости изготовления таких деталей, яв-ляется повышение технологичности геометрических форм обрабаты-ваемых поверхностей, правильное назначение точности и шероховато-сти обработки, снижение объема механической обработки. Поэтому


 

74

при проектировании и отработке технологичности деталей следует выполнять ряд требований, в числе которых:

  • максимальное приближение заготовки по своим формам и разме-рам к готовой детали;

  • минимальное количество обрабатываемых поверхностей; приме-нение лишь в исключительных случаях ступенчатых и фасонных от-верстий, кольцевых выточек, глухих отверстий, а также резьб больших диаметров, которые не могут быть нарезаны метчиками;

  • обеспечение удобного ввода и вывода режущего инструмента, а также свободного доступа для измерения обрабатываемых поверхно-стей нормальным измерительным инструментом;

  • применение обработки высокой точности лишь в необходимых случаях на отдельных участках небольшой протяженности;

  • совмещение конструктивных и технологических баз;

  • учет в конструкции и технологии изготовления деформаций, возникающих при точной обработке крупногабаритных деталей;

  • по возможности исключать обработку поверхностей по теорети-ческому контуру, если эти поверхности непосредственно не входят в наружный теоретический обвод летательного аппарата;

  • в крупногабаритных деталях (габаритный размер G), не имеющих удобных для базирования элементов наружного или внутреннего кон-тура, следует предусматривать технологические отверстия диаметром dmin, выбираемым из следующего ряда:


 

G (мм):

<100

100–200

200–1000

1000–2000

>2000

dmin (мм):

Ø4

ø6

Ø10

Ø16

Ø20

  • конфигурацию детали компоновать из простых однотипных гео-метрических поверхностей, что упростит обработку деталей и облег-чит применение станков с ЧПУ;

  • номенклатура крепежных отверстий и резьб должна быть унифицированной и по возможности минимальной.

Основные факторы, влияющие на технологичность механообраба-тываемых деталей, и рекомендации по технологичности отдельных элементов их конструкции приведены ниже

Монолитные панели

Панели образуют аэродинамические поверхности одинарной и двойной кривизны крыла, фюзеляжа, стабилизаторов, а также элемен-ты топливных баков, ящиков и перегородок. Применение монолитных панелей взамен клепаных позволяет в отдельных случаях снизить вес панелей до 25 %, количество соединений до 70 %, общий вес конст-рукции изделия до 2–4 %. Однако стоимость монолитных конструкций значительно выше, чем клепано-сборных, поскольку при их изготов-лении много металла идет в отход, а для обработки заготовок приме-


 

75

няются дорогостоящие оборудование и оснастка.

Монолитные панели изготовляются из легких сплавов В95, Д16 и др., как правило, горячей штамповкой. Применяются также сплавы ВТ20, ОТ4 и сталь ВНС-2. Для уменьшения коробления прессованные заготовки панелей подвергают растяжению с удлинением от 2 до 3 %.

Панели, изготовляемые из плит

Монолитные панели из плит обрабатываются методом фрезерова-ния, позволяющим получать панели с любой схемой подкрепляющего набора. В то же время изготовление монолитных панелей из плит име-ет следующие недостатки:

  • снижение механических свойств материала плит большой толщины;

  • большой объем механической обработки;

  • большой отход материала в стружку-коэффициент использования материала составляет 0,05;

  • требуется тщательная зачистка (с применением ручного труда) всей обработанной поверхности после фрезерования, сверления и дру-гих механических операций;

  • сложность получения подкрепляющих ребер наиболее рацио-нальных сечений – таврового и углового;

  • при резании в поверхностном слое возникают напряжения, веду-щие (особенно в тонкостенных деталях) к короблениям и хлопунам, исправление которых весьма затруднительно, а иногда и невозможно;

  • наличие в конструкции больших перепадов толщины (толстые за-концовки и тонкие полотна, ребра различной высоты, малые радиусы сопряжений), что значительно усложняет процесс правки и формооб-разования.

    При проектировании монолитных панелей, подлежащих изготовле-нию из плит или листа, необходимо учитывать следующие требования:

  • форму ребер жесткости следует задавать призматической; трапе-цеидальная или какая-либо другая, более сложная форма не рекомен-дуется;

  • ребра жесткости располагать параллельно и с постоянным шагом;

  • вес деталей (панелей) назначать с учетом всего поля допуска на толщину полотна и ребер, а не по номинальным размерам, т. к. в про-цессе механической обработки исполнители, стараясь избежать брака, стараются работать по верхнему пределу поля допуска;

  • при назначении шероховатости поверхностей панелей необходи-мо учитывать возможность применения упрочняющей обработки, ко-торая улучшает шероховатость и увеличивает циклическую прочность деталей в 1,5–2 раза;

  • для панелей вафельного типа предусматривать одинаковые ра-диусы переходов в ячейках панели (рис. 2.101), а радиус сопряжения ребер (рис. 2.102) для легкообрабатываемых материалов назначать из


     

    76

    соотношения R = B/(4–5) (В – ширина фрезерования), учитывая при этом, что радиус сопряжения должен быть больше половины диаметра фрезы не менее чем на 2 мм (R>Rфр–2);

    • если требуется меньший радиус сопряжения ребер, предусматри-

      вать уступы, разделяющие поверхности, обрабатываемые на различ-ных операциях (рис. 3.103);


       


       

      image


       


       

      image

      Рис. 2.101. Радиусы переходов в ячейках, снижающие трудоемкость механической обработки и затраты ручного труда

      Рис. 2.102. Радиусы сопряжения ребер для легкообрабатываемых деталей


       

    • равный размер колодцев панелей по шагу продольного и попе-речного наборов упрощает подготовку программ для станков с ЧПУ;

    • во избежание образования хлопунов из-за перераспределения внутренних напряжений толщина полотна панелей должна быть не менее 2,5 ммдопуск на толщину полотна назначать не менее 0,5 мм;

– в местах обнижений на полотне с различными перепадами тол-щин в примечаниях к чертежу указывать «– только для инструмен-та» (рис. 2.104);


 

image

Рис. 2.103. Уступы, разделяющие поверхности с разным радиусом сопряжения

ребер, снижающие трудоемкость механической обработки панели


 

image

Рис. 2.104. Указание на чертеже панели радиусов сопряжения обнижений на полотне с различными перепадами толщин

  • панели, имеющие малкованные ребра, проектировать, как указано на рис. 2.105;

  • не рекомендуется переходы полотна и подсечек задавать укло-ном; целесообразно проектировать ступенчатые переходы (рис. 2.106);


     


     

    image

    image

    Рис. 2.105. Технологичное оформление малкованного ребра


     

    Рис. 2.106. Пример замены уклона на переходах и подсечках, улучшающей технологичность детали


     

  • не рекомендуется закладывать в конструкцию панелей элементы лонжеронов, кронштейны и другие жесткие элементы, вызывающие трудности при механической обработке, несовместимые с условиями серийного производства.

Панели из горячештампованных заготовок

Методом горячей штамповки рекомендуется изготовлять монолит-ные панели для конструкций, имеющих сложный продольный, попе-речный или веерный набор подкрепляющих ребер-стрингеров (рис. 2.107). Из соображений технологичности для горячей штамповки панели проектируются так, чтобы все подкрепляющие конструктивные элементы располагались с одной стороны.

Конструкции монолитных панелей из горячештампованных загото-вок должны удовлетворять следующим требованиям:

  • обработке подвергается менее 30 % поверхности панели;

  • поверхности со стороны ребер калибруются в штампах без даль-нейшей механической обработки;

  • коэффициент использования металла должен составлять не менее

    50–60 % от веса исходной заготовки;

  • допуск на толщину обшивки суммируется из допуска на штам-повку и допуска на механическую обработку.


 

image

Рис. 2.107. Типичная панель, выполненная из горячештампованной заготовки

Панели из горячепрессованных заготовок

Монолитные панели из заготовок, изготовленных горячим прессо-ванием с помощью матрицы, рекомендуется применять для конструк-ций крыла, фюзеляжа и других агрегатов, имеющих продольный набор подкрепляющих ребер – стрингеров. В настоящее время освоены и выпускаютcя прессованные заготовки для монолитных панелей дли-ной до 18 000 мм при ширине до 2000 мм (табл. 2.8). Прессованные заготовки по сравнению с коваными и горячештампованными имеют следующие преимущества:

  • повышенные прочностные механические свойства вследствие вы-сокого коэффициента деформации (обжатия) при прессовании;

  • резкое сокращение объема механической обработки;

  • высокий коэффициент использования металла: вес готовых пане-лей составляет 70–80 % от веса исходной заготовки;

  • наличие постоянного сечения по всей длине заготовки, что упро-щает правку и формообразование;

  • возможность получения подкрепляющих ребер таврового и дру-гих сечений, наиболее рациональных с точки зрения работы на сжатие;

  • получаемые при прессовании поверхности сложной конфигура-

    ции не требуют дальнейшей обработки, кроме местных доработок;

  • все поверхности прессованных заготовок в состоянии поставки (за исключением мест, имеющих механические повреждения) имеют шероховатость поверхности Rа – 1,25 мкм, независимо от сложности профиля сечения;

  • трудоемкость изготовления панелей из плит в 3–4 раза больше, чем из прессованной заготовки.

    Прессованные панели имеют недостатки, затрудняющие механиче-скую обработку и увеличивающие ее трудоемкость:

  • не обеспечивается требуемая точность по размерам между стрингерами;

  • наблюдается саблевидность стрингерного набора до 1 мм на 1 по-гонный метр длины панели.

При проектировании панелей рекомендуется отдавать предпочте-ние профилям с сечениями 4–7 (рис. 2.108). Профили с сечениями 1–3 можно применять лишь в крайних случаях, т. к. имеющиеся на обшив-ке местные утолщения поверхности после формообразования обвода вызывают заметную огранку наружной поверхности.


 

image

Рис. 2.108. Профили прессованных панелей


 

Таблица 2.8

image

image

Рекомендуемые размеры прессованных панелей


 


 

Рекомендуемые размеры панели по сечениям, мм

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Не более 2000

Не более 15000

Не менее 4

Не ограничен

Не менее 4

Не ограничен

Не менее 3

Не более 80

Не ограничен

Не менее 6

Не менее 4

Не менее 30


 

Технологичными являются панели, имеющие:

  • постоянное сечение по всей длине;

  • ребра стрингеров, на всей длине сохраняющие заданную в заго-товке форму;

  • одинаковый уровень всех ребер по высоте;

  • минимальное количество участков, подлежащих механической обработке.

Обработка обшивки прессованной панели на клин со стороны внутренней поверхности не рекомендуется, т. к. эта поверхность явля-ется наиболее сложной частью панели. При обработке внутренней по-верхности фрезерованием неизбежны зарезы и уступы, доводка кото-рых чрезвычайно трудоемка. В случае необходимости обработки об-шивки панели на клин рекомендуется фрезеровать ее со стороны обво-да до формообразования. Допуск на толщину полотна для механиче-

 0,3

ской обработки должен быть не менее


 

 0,5

мм.

Панели из специального литья

Монолитные панели небольших габаритов, имеющие внутренний набор с открытыми малками, при толщине стенки отливки 2–4 мм и выше можно получать из заготовок, отлитых различными методами. Так, на рис. 2.109 показан полученный литьем в землю каркас стаби-лизатора, механическая обработка которого включает зачистку по-верхности обвода, фрезерование по периметру, фрезерование пазов под узел крепления и сверление отверстий для крепления обшивки.


 

image

2.109. Монолитный каркас стабилизатора, полученный литьем в землю

Примером наиболее технологичной конструкции является моно-литное крыло, отлитое в виде одного целого агрегата способом на-правленно-последовательной кристаллизации (рис. 2.110).


 


 

image

Рис. 2.110. Монолитное крыло, полученное литьем методом направленно-последовательной кристаллизации

Все поверхности отливки как внутренние, так и наружные выпол-нены по чертежу. Механическая обработка в этом случае сводится к обработке мест под узлы соединения и зачистке поверхности по на-ружному обводу. Ни операций сборки, ни операций сверления отвер-стий под детали для соединения половин крыла или крепления обшив-

ки не требуется.

Крупногабаритные детали из алюминиевых и магниевых сплавов

image

Технологичность деталей, входящих в обвод фюзеляжа, в значи-тельной степени зависит от геометрического построения контура фю-зеляжа. Нетехнологичными являются контуры формы эллипса и кон-туры, построенные с помощью радиусов-векторов из двух и более цен-тров. Форма поверхности в этом случае задается отдельными точками и участками дуг (рис. 2.111, а). На рис. 2.111, б показан контур носо-вой части фюзеляжа, построенный с помощью радиусов-векторов, причем центры правильных окружностей расположены не на строи-тельной оси, а на некоторой наклонной прямой, называемой линией радиусов. Обработка наружного контура таких деталей, входящих в обвод фюзеляжа, может производиться только на металлорежущих станках с ЧПУ.


 

   

а

б

Рис. 2.111. Нетехнологичные контуры фюзеляжа

Пример технологичной конструкции каркаса приведен на рис. 2.112. Детали типа носовых каркасов с замкнутым контуром, вхо-дящие в обвод вертолета и имеющие простую форму тел вращения без уступов и проемов под остекление (сечение А-А, справа) на обрабаты-ваемой наружной поверхности, наиболее технологичны. Ось вращения совпадает с линией радиусов, прямолинейна и соосна со строительной осью. Наличие механически обрабатываемых проемов под остекление (сечение А-А, слева) значительно усложняет технологический процесс, требует специализированного оборудования и оснастки.

Детали типа козырька фонаря пилота являются наиболее сложны-ми и наименее технологичными в группе каркасных крупногабарит-ных деталей из магниевых сплавов (рис. 2.113, а). Козырек фонаря пи-лота, показанный на рис. 2.113, б, еще менее технологичен. Кроме сложной наружной поверхности двойной кривизны с приливами на ней, козырек имеет проемы под стекла, расположенные на внутренней поверхности эквидистантной наружной поверхности и имеющие пере-


 

83

менные малки.


 

image

Рис. 2.112. Пример технологичной конструкции каркаса

Для повышения технологичности деталей этого типа необходимо:

  • Перейти от криволинейной формы наружной поверхности к гра-неной, тогда боковые проемы будут представлять собой обычные пло-ские замкнутые контуры, обработка которых не является особо слож-ной.

  • Снять обработку с внутреннего криволинейного контура, а в слу-чае внутреннего крепления установку стекла производить по наруж-ному обрабатываемому контуру.

  • Поверхность основания двойной кривизны заменить плоскостью, т. к. крепление козырька производится во внутренней части фюзеляжа.


 


 

image

Рис. 2.113. Нетехнологичные конструкции козырька фонаря пилота

Технологичность деталей типа козырька пилота в значительной степени определяется их формой. На рис. 2.114 приведена технологич-ная конструкция козырька, у которого наружные стороны представля-ют собой плоские грани, а проемы для остекления – замкнутые конту-ры.


 

image

Рис. 2.114. Пример технологичной конструкции козырька фонаря пилота

Балки и лонжероны

Балки и лонжероны представляют собой крупногабаритные длин-номерные силовые детали коробчатой формы, таврового, полутаврово-го, швеллерного и других сечений, усиленных поперечными ребрами жесткости, причем элементы полок часто входят в обвод летательного аппарата. В процессе механической обработки деталей наблюдается значительное их коробление, вызываемое перераспределением внут-ренних напряжений. Коробление деталей проявляется в форме хлопу-нов, прогиба и скрутки, значительно усложняя их изготовление и уве-личивая объем правильных и слесарно-доводочных работ.

В качестве исходных заготовок для балок и лонжеронов рекомен-дуется применять горячие штамповки, возможно более простой формы с минимальным количеством обрабатываемых поверхностей, для уменьшения объема механической обработки и получения коэффици-ента использования металла не ниже 0,35. Причем контур балки, не входящий в обвод, внутренние стенки и поперечные ребра не должны подвергаться механической обработке. Допуски на размеры всех не подвергающихся механической обработке элементов должны соответ-ствовать допускам на заготовку (горячую штамповку, катаный или прессованный профиль и т.д.).

Технологические требования к конструкции балок и лонжеронов заключаются в следующем.

Рекомендуется образмеривать в чертежах контуры, входящие в об-вод, а не ссылаться на шаблоны с плаза (рис. 2.115).

image

Рис. 2.115. Ука-

зание размеров для обеспечения удовлетвори-тельной техно-логичности кон-тура длинномер-ной детали


 

На балках, имеющих незначительные колебания переменной малки по контуру, желательно давать осредненную постоянную малку (рис. 2.116).


 

image

Рис. 2.116. Задание допуска на малку вдоль длинномерной детали, повышаю-щее технологичность ее изготовления

Избегать на внутренних контурах полок малкованных поверхно-стей, а при необходимости делать специальный переходной уступ (рис. 2.117).


 

image

Рис. 2.117. Пример малкованных поверхностей на внутренних контурах полок

Расстояние между центрами отверстий рекомендуется проставлять не в угловых величинах, а в линейных. Отверстия крепления по пол-кам должны быть с равным шагом и одного диаметра. Точность обра-ботки диаметральных размеров должна быть не выше 9-го квалитета.

image

Рис. 2.118. Рациональное размеще-ние приливов и поперечных усили-вающих ребер


 

Шероховатость сопрягаемых поверхностей должна быть не ниже Rа = 5 мкм, а на остальных обрабатываемых местах – Rа = 10 мкм (рис. 2.119). Применение упрочняющей обработки (обязательно огова-ривается в чертеже!) позволяет снизить величину поверхностных мик-ронеровностей и увеличить циклическую прочность детали в 1,5–2 раза.

image

Поверхность основания проушин следует выполнять прямолиней-ной (рис. 2.120). Точность обработки по ширине проушины назначать не выше 11-го квалитета.


 

Рис. 2.119. Рациональное назначение шероховатости сопрягаемых поверх-ностей


 

image

Рис. 2.120. Рациональное конструирование основания проушин

image

При необходимости расположить отверстия в балке под углом це-лесообразно выполнить балку расчлененной с вклепанными или при-варенными узлами (рис. 2.121).


 

Рис. 2.121. Расчлененная балка с вклепанными или приваренными узлами

Детали узлов поворота

В узлах поворота наибольшую трудоемкость по механической обработке представляют силовые детали – панели и балки (лонжеро-ны), которые изготавливаются из стали марок 30ХГСНА, 40ХНМА, ВНС-2 и ВНС-5. Исходными заготовками являются горячие штампов-ки, плиты и поковки.

Кроме общих, перечисленных выше, технологические требования к деталям узлов поворота следующие. Конструкции узлов поворота должны быть максимально сборными или сборно-сварными, поверх-ности их не должны доводиться методом шлифования, хонингования и другими финишными операциями. Все фасонные поверхности (шли-цы, шпоночные канавки и др.) необходимо проектировать на отдель-ных небольших деталях, которые впоследствии войдут в общую кон-струкцию узла.

Шпангоуты, рамы и их детали

Шпангоуты и рамы могут проектироваться и изготовляться моно-литными, сборными и сборно-сварными. Материалом для них, в ос-новном, служат сталь, титановые и алюминиевые сплавы. В качестве заготовок чаще всего используются штамповка и плита.

image

На рис. 2.122 показана технологичная конструкция шпангоутов. В качестве исходной заготовки в данном случае предусмотрено цельно-катаное профилированное кольцо со стыковой сваркой в одном месте.


 

Рис. 2.122. Пример технологичной конструкции шпангоута, изготов-ленного из цельнокатаного кольца сваркой встык


 

Неудовлетворительная технологичность шпангоута (рис. 2.123) обусловлена сложностью выполнения на концах шпангоута точных отверстий со сферическими поверхностями и резьбой М78×1,5. При наличии дефекта на резьбе может быть забракована вся дорогостоящая деталь. Кроме того, механическая обработка всей поверхности детали может привести к короблению из-за перераспределения внутренних напряжений.

На рис. 2.124 представлена конструкция рамы. В нетехнологичном варианте сложные узлы стыковки рамы с центропланом представляют собой монолитные конструкции. Для обработки такой рамы требуется сложная крупногабаритная оснастка и специальное оборудование. При

технологичной конструкции для обработки рамы требуется менее сложная оснастка. Сама рама имеет плоскую поверхность, обработка которой не является сложной. Приливы и поперечные усиливающие ребра выполнены с одной стороны стенки и одной высоты с полками.


 

image

Рис. 2.123. Пример нетехнологичной конструкции шпангоута


 

image

Рис. 2.124. Улучшение технологичности рамы за счет упрощения формы и выполнения ребер одинаковой высоты только с одной стороны

Нетехнологичость полушпангоута из стали ВНС-2 (рис. 2.125) обу-словлена тем, что высота полок 1, 2 неодинакова. Это требует созда-ния дополнительных технологических приливов по торцам полки 2 для обеспечения технологической базы. Одна из полок конусная с измене-нием от 3 до 1,2 мм на длине 33 мм. Для выполнения конусности тре-буется дорогостоящее специальное оснащение. В технологичном вари-


 

89

анте конструкции полушпангоута его высота сокращена с целью уменьшения глубины колодцев. Полки 1, 2 выполнены на одном уров-не. Конусность полки заменена короткой подсечкой.


 

image

Рис. 2.125. Технологичный вариант конструкции полушпангоута

Наряду с обычными требованиями технологичности (унификация радиусов переходов, диаметров и шага отверстий, образмеривание без ссылок на плаз, выполнение уступов в местах сопряжений поверхно-стей, обрабатываемых на разных операциях, рациональное назначение точности и шероховатости, применение операции поверхностного уп-рочнения) технологическое требование к элементам поверхностей вращения конструкций шпангоутов и рам состоит в градусном задании расположения отверстий, что облегчает их обработку на поворотных столах (рис. 2.126).


 

image

Рис. 2.126. Расположение отверстий на поверхностях вращения конструкций шпангоутов, заданное в градусах

Длинномерные детали из прессованных профилей

Для изготовления длинномерных деталей типа поясов лонжеронов, поясов нервюр и стрингеров в качестве заготовок применяют, как пра-вило, прессованные профили разнообразных форм, в том числе про-фили с продольными отверстиями малого диаметра; простые профили переменного сечения, прессуемые без припусков на механическую обработку; профили с законцовками, требующими механической об-работки только законцовок как из стальных, так и цветных сплавов. Применяются также сложные специальные профили из легких спла-вов. Применение прессованных профилей снижает объем механиче-


 

90

ской обработки в 3–5 раз и уменьшает отходы металла.

Требования к технологичности отдельных элементов деталей со-стоят в следующем.

Изменение размеров по сечениям деталей должно быть постепен-ным, без скачков, в сторону повышения или понижения. Допускается понижение размеров с переходными горизонтальными участками, это упрощает получение заготовок с переменным сечением.

Желательно, чтобы перепады размеров толщины по сечениям дета-ли были одинаковыми. При переменном сечении полок стрингеров следует предусматривать изменение сечения за счет наружной поверх-ности, что облегчит фрезерование полок.

Размеры радиусов сопряжения вырезов, подсечек, диаметров и межцентровых расстояний отверстий на полках и ребрах для всей группы однотипных деталей должны быть унифицированы.

В чертежах деталей, изготовляемых из прессованных профилей, следует давать исходное сечение профиля-полуфабриката.

Необходимо избегать в конструкциях поясов лонжеронов попереч-ных элементов в виде стенок и ребер жесткости. Такие конструкции требуют большого объема механической обработки.

У деталей типа лент и поясов следует предусматривать одну глад-кую базовую плоскость.

Лонжероны лопастей несущего винта вертолета, также изготавли-ваемые из прессованных профилей переменного сечения (сплав АВ), являются наиболее сложными в технологическом отношении особо ответственными деталями, конструкция которых и все требования тех-нологичности подчинены требованиям надежности и функционально-сти. Для их выполнения при производстве лопастей разрабатывается уникальное технологическое оборудование. Поэтому улучшение тех-нологичности механической обработки лонжеронов может рассматри-ваться только в плане усовершенствования технологических процессов и оборудования для их реализации.

Фитинги и кронштейны

Для механической обработки фитингов и кронштейнов применяют-ся, как правило, станки с программным управлением. Общие требова-ния по технологичности приведены выше. Специфические требования по технологичности деталей типа фитингов и кронштейнов состоят в следующем.

Конфигурация детали должна быть скомпонована из простых одно-типных геометрических поверхностей, что значительно упростит ее обработку на станках с ЧПУ.

Сопряжение наружных и внутренних стенок обрабатываемых кон-туров должно производиться единым, типовым для данного контура радиусом Rтип (рис. 2.127, а). При назначении радиуса сопряжения Rтип

91

image

image

предпочтительны радиусы, позволяющие использовать нормальный инструмент. Сопряжения стенок с полками и подсечками должны так-же производиться одинаковыми для данного контура радиусами rтип (рис. 2.127, б).


 

image image


 

а


 

image

Рис. 2.127. Унификация разме-ров сопряжений, уменьшающая количество типоразмеров инст-румента и снижающая трудо-емкость обработки


 

б

При назначении радиуса сопряжения поверхностей следует прини-мать во внимание обеспечение необходимой жесткости инструмента, выдерживая соотношение Rтип/H>000/5–000/6 между радиусом сопряжения Rтип и высотой стенок обрабатываемого контура (рис. 2.128).

При назначении радиусов сопряжения должно быть также выпол-

нено соотношение между Rтип и rтип, обеспечивающее наличие на торце инструмента (концевой фрезы) плоского участка с диаметром, равным или большим 2 мм (Rтип – rтип) >2, необходимого для обработки плос-кости детали, ограниченной контуром (дна колодца). Необходимо из-бегать соотношения Rтип rтип, требующего применения шаровидных фрез (рис. 2.129).

Значительное повышение трудоемкости и усложнение вызывает обработка малок, особенно закрытых. Поэтому следует по возможно-сти избегать применения стенок с механически обрабатываемыми ук-лонами (рис. 2.130, а). Для изготовления фитингов с закрытыми мал-

image

image

ками используются специальные фрезы «колоколом», оставляющие около стенок необработанный участок поверхности, который можно обработать только вручную (рис. 2.130, б).


 


 

image


 

image image


 

Рис. 2.128.

Радиусы сопряжений стенок, вы-бранные с учетом жест-кости инст-румента


 

image


 

Рис. 2.129. Ра-

диусы сопряже-ний стенок и дна, согласован-ные с диаметром инструмента


 

image

image

б

а

Рис. 2.130. Применение в конструкциях фитингов наклонных стенок ухудшает их технологичность

Применение фитингов с открытыми малками в ряде случаев дает возможность полностью устранить механическую обработку их внут-ренних стенок и дна и таким образом повысить их технологичность (рис. 2.131,а). В случаях, когда закрытые малки в фитингах неизбеж-ны, рационально по дну дать излом под углом 900 к наклонной полке, что позволит вести обработку нормальной концевой фрезой (рис. 2.131, б).

imageа imageб

Рис. 2.131. Технологичные конструкции фитингов с открытыми (а)

и закрытыми (б) малками

Размещение зон механической обработки в углах закрытых малок (рис. 2.132) ухудшает технологичность фитинга, т. к. обработка этих мест связана с технологическими трудностями и требует большого объема ручной доработки.


 

image

Рис. 2.132. Выполнение излома в углу закрытой малки, позволяющее выпол-нить механическую обработку нетехнологичного фитинга

В ряде случаев определяющим фактором улучшения технологично-сти является правильный выбор метода получения заготовки для кронштейна или фитинга. Фитинги, имеющие открытое сечение, целе-сообразно изготавливать из прессованных профилей (рис. 2.133, а). Это резко снижает трудоемкость их обработки. Детали, приведенные на рис. 2,133, б, рациональнее изготавливать из листа методом холод-ной штамповки вместо механической обработки из горячештампован-ных заготовок.


 

image

image

а

б


 

Рис. 2.133. Конструкции фитингов, изготовляемые из прессованных профилей

(а) и холодноштампованного листового материала (б)


 

На рис. 2.134 показаны фитинги, которые нерационально изготов-лять из горячештампованных заготовок, т. к. облегчения между ребра-ми не проштамповываются и требуют трудоемкой механической обра-ботки. Рекомендуется для фитингов таких типов предусматривать за-готовки из литья.


 

image image image

image

image

а image

Рис. 2.134. Фитинги с облегчениями между ребрами, изготавливаемые из литых заготовок

На рис. 2.135 представлена деталь, которую целесообразно проек-тировать сварной, если по условиям прочности нельзя изготовить ли-той. Это значительно снижает расход металла и уменьшает трудоем-кость изготовления.


 

image image


 

image image


 

image image


 

Рис. 2.135. Пример рационального использования сварной заготовки

При проектировании проушин и узких пазов необходимо преду-сматривать выход фрезы и возможность фрезерования на проход. Раз-личное оформление дна проушины (рис. 2.136, а) и паза (рис. 2.136, б) обусловлено тем, что в технологичном варианте фрезерование про-ушины на проход устраняет необходимость подъема стола, а техноло-гичная конструкция дна длинного узкого паза (б) облегчает выход дис-ковой фрезы.


 

image

а

image б

Рис. 2.136. Учет выхода дисковой фрезы, улучшающий технологичность выполнения узких длинных пазов и проушин

На рис. 2.137 а показан кронштейн, нетехнологичный по следую-щим элементам конструкции:

  • основание проушины представляет собой криволинейную по-верхность, образуемую сопряжением радиусов = 150 и = 232 мм;

  • наружные плоскости проушин 95h11 и 90h11 должны быть обра-ботаны по всей поверхности между ребрами жесткости (разрез Б -Б);

  • продольные и поперечные ребра жесткости в сечении В – В обра-зуют глубокие колодцы с криволинейным дном и двумя стенками, расположенными под углом относительно друг друга;

  • все поверхности кронштейна подлежат обработке.

При такой конструкции детали исходную заготовку невозможно получить наиболее рациональным методом – горячей штамповкой. Коэффициент использования металла при изготовлении кронштейна такой конструкции составляет около 0,08.

image

imageа

б Рис. 2.137. Улучшение технологичности кронштейна (б) вследствие изменений

конструкции проушины, ребер и бобышек; а – нетехнологичный кронштейн

Конструкция того же кронштейна изменена следующим образом:

  • проушина имеет прямое основание, переходящее в криволинейную поверхность с радиусом = 150 мм, образуемым дисковой фрезой;

  • размер 95 h11 относится только к торцам бобышек (разрез

    А – А);

  • в конструкции предусмотрено только одно продольное ребро же-сткости, не имеющее колодцев;

  • предусмотрены необрабатываемые поверхности и штамповочные уклоны.

Кронштейн измененной конструкции может быть изготовлен из го-рячештампованной заготовки с коэффициентом использования метал-


 

97

ла примерно 0,4. Трудоемкость изготовления такого кронштейна по сравнению с нетехнологичным вариантом конструкции стала ниже на 70 %.

Конструкция открытых пазов более технологична, если пазы могут быть обработаны дисковой фрезой, а не концевой. В технологичной конструкции кронштейна (рис. 2.138, а) обработка всех пазов шириной 7 мм может осуществляться более производительно и высококачест-венно дисковыми фрезами. Закрытые пазы более технологично выпол-нять концевыми фрезами. Так, в конструкции кронштейна (рис. 2.138, б) более технологичен вырез, получаемый за один проход путем фрезерования концевой фрезой и не требующий дофрезеровки радиусов в углах.


 

image image


 

image image

image

image

Рис. 2.138. Открытые пазы (а), выполняемые дисковыми фрезами, закрытые (б) – концевыми

В отверстиях кронштейнов следует избегать фасок с внутренней сто-роны стенок и в труднодоступных местах (рис. 2.139), т. к. обработка их требует специального инструмента (обратных зенкеров) и связана с производственными трудностями. Желательно заменять закрытые фаски в отверстиях увеличенными фасками на концах входящих валиков.

На рис. 2.140 изображена деталь, в которой предусмотрены крайне трудоемкие механообрабатываемые прямоугольные выемки у отвер-

98

image

стий. Изменение формы этих выемок на цилиндрическую позволяет заменить трудоемкое фрезерование фрезой малого диаметра обработ-кой зенкерованием.


 

Рис. 2.139. Нетехнологичность конструкции кронштейна, обу-словленная наличием закрытых фасок отверстий


 

image

Рис. 2.140. Изменение формы выемок для замены фрезерования более произ-водительным зенкерованием

Аналогично этому для применения производительного процесса торцевого фрезерования целесообразно предусматривать в конструк-циях кронштейнов и фитингов большее количество открытых бессту-пенчатых плоскостей.

Конструкция фитингов и кронштейнов может быть весьма слож-ной, причем для облегчения детали этого типа имеют различные вы-борки, затрудняющие базирование при обработке. При отсутствии не-обходимых конструктивных элементов, которые могли бы быть ис-пользованы для базирования (протяженных плоскостей – установоч-ной базы, классных отверстий – двойной опорной или двойной на-правляющей базы и т.п.) в заготовке необходимо предусматривать временные технологические базы (платики, поверхность которых об-разует плоскость, отверстия), удаляемые после завершения механиче-ской обработки.

Рычаги и качалки

Детали данного типа изготавливаются из стали, алюминиевых, маг-ниевых и титановых сплавов. Основными видами заготовок для рыча-гов и качалок являются штамповки и литье. Однако заготовки для рычагов и качалок сложной конфигурации, например, из труднообра-


 

99

батываемых материалов (жаропрочных сталей, титановых сплавов), рациональнее изготавливать не горячей штамповкой, а точным литьем (рис. 2.141). Это повышает коэффициент использования металла с 0,3 до 0,7–0,9 и значительно снижает трудоемкость механической обра-ботки.

image

image а

б

Рис. 2.141. Снижение трудоемкости изготовления деталей сложной формы за счет замены штампованной заготовки литьем

Сложная конструкция рычагов и качалок в некоторых случаях мо-жет быть выполнена сварной, как это показано на рис. 2.4, 2.5.

Механическая обработка заготовок рычагов и качалок должна быть сведена, в основном, к разделке отверстий под подшипники, болты, втулки и частично – к фрезерованию плоскостей сопряжения. При этом обрабатываемые поверхности рекомендуется располагать на раз-ных уровнях с необрабатываемыми. Величина уступа должна быть несколько больше допуска на необрабатываемую поверхность, но не менее 0,5 мм (рис. 2.142).

При наличии параллельных плоскостей (сопряжения по концам рычагов и качалок и др.) следует предусматривать возможность обра-ботки набором стандартного режущего инструмента на проход

(рис. 2.143).


 

image

Рис. 2.142. Образование уступа между обрабатываемыми и необрабатываемы-ми поверхностями


 

image

Рис. 2.143. Технологичный вариант вилки, выполненной фрезерованием на проход набором дисковых фрез

Применение в отверстиях механически обрабатываемых выточек и канавок вынуждает применять для их обработки токарные станки, ос-нащенные специальными приспособлениями.


 

image

Рис. 2.144. Исключение канавки в отверстии рычага

Отверстия в рычагах и качалках под подшипники следует проекти-ровать сквозными, что позволяет применять производительный метод получения точных отверстий – протягиванием (рис. 2.144). Распор подшипников при таком выполнении отверстий может быть обеспечен распорными втулками. С целью сокращения применяемого режущего и мерительного инструмента посадки в отверстиях рычагов и качалок под подшипники должны быть максимально унифицированы. Ушко-вые и вильчатые элементы в конструкциях рычагов и качалок также необходимо унифицировать с целью применения универсальной пере-налаживаемой технологической оснастки и высокопроизводительного оборудования (горизонтально-фрезерные и протяжные станки).

Фланцы и крышки

Фланцы и крышки изготавливают из черных и цветных металлов. В качестве исходных заготовок применяются горячие штамповки, отлив-ки, прутки, трубы и др.

image

Фланцы и крышки сложных форм целесообразнее выполнять из от-ливок, полученных, в частности, методами точного литья. Некоторые типы фланцев и крышек лучше проектировать сварными или изготов-ленными из листа методом холодной штамповки (рис. 2.145).


 

а

image б

Рис. 2.15. Примеры технологичных конструкций фланца (а) и крышки (б), из-готовленных из листового материала


 

Для снижения трудоемкости цековку отверстий на торце фланца и крышки следует заменять сплошной подрезкой торца.

У фланцев втулок ступенчатой формы цилиндрические поверхно-сти должны по возможности располагаться в порядке возрастания раз-меров от одного торца к другому (рис. 2.146, а); радиусы в местах со-пряжений ступенчатых цилиндрических поверхностей рекомендуется делать одинаковыми (рис. 2.146, б); что уменьшает номенклатуру при-меняемого режущего инструмента.

Во фланцах и крышках с глухими резьбовыми отверстиями (рис. 2.147) рекомендуется предусматривать для выхода инструмента вместо канавок сбег резьбы, исключающий необходимость обработки канавок. В глухих отверстиях, обрабатываемых осевым инструментом (сверлом, зенкером, разверткой), следует предусматривать длину от-верстия с учетом заборной части инструментов.


 


 

image


 

image

а

б

Рис. 2.146. Технологичное оформление фланцев и крышек с ступенчатыми цилиндрическими поверхностями


 

image

Рис. 2.147. В глухом отверстии под резьбу должны быть предусмотрены сбег и длина заборной части осевого инструмента


 

Шлицевые отверстия во фланцах не должны иметь внутренних вы-точек. Это обеспечивает безударную работу инструмента и уменьшает частоту его поломок (рис. 2.148).