Анализ и оценка технологичности конструкции деталей авиационной техники: Учебное пособие по выполнению раздела дипломного проекта

Кафедра “Авиастроения” ДГТУ

Учебное пособие по выполнению раздела дипломного проекта

“АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ”

Ростов-на-Дону, 2005

1

Флек М.Б., Шевцов С.Н., Родригес С.Б., Сибирский В.В., Аксенов В.Н.

Под общей редакцией кандидатата технических наук, доцента

2

М.Б. Флека

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. Способность 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 аппарата при поражении малым и даже средним средством достигнуты ценой исключительно высокой энерговооруженности и усложнения всех систем при максимальном снижении веса и использовании уникальных конструктивных и технологических решений [1]. Перечисленные обстоятельства, непрерывный прогресс в области авиационного материаловедения, а также то, что каждый вновь создаваемый средний и тяжелый вертолет некоммерческого применения разрабатывается для решения специфических задач, и поэтому по-своему уникален, резко осложняют задачи унификации и повышения производственной технологичности. Рассмотрение в настоящем разделе важнейших типов деталей в связи с технологическими свойствами сталей и сплавов позволяет более осознанно подойти к разработке технологии механической обработки и рациональному выбору средств технологического оснащения. 1.1. Конструкторско-технологическая классификация деталей вертолетов, обрабатываемых на оборудовании с ЧПУ В соответствии со структурой «Общероссийского классификатора деталей машиностроения и приборостроения», все детали подразделяются 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 выполняется, в основном, токарной обработкой, такие детали не характерны для конструкции планера вертолета (возможно, за исключением деталей трансмиссии). Поэтому приводимое ниже классификационное деление распространяется на детали – не тела вращения, наиболее сложные, 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 машиностроения. А именно, деталью будет называться объект производства, подвергаемый механической обработке на оборудовании с ЧПУ. Под это определение подпадают, следовательно, кроме деталей, вы3

полняемых из литых, штампованных заготовок и проката, детали, заготовки 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 Технологическая классификация деталей Классификационный признак Значение признака Примечание Определяют типоразмеры станка, приспособления, инструмента I.Типоразмер детали 1. Мелкие (М) 2. Средние (С) 3. Крупные (К) 4. Очень крупные (ОК) II. Типоразмер конструктивных 1. Площадь основания коэлементов лодцев (М, С, К, ОК) 2. Радиус сопряжения стенок (М, С, К, ОК) 3. Высота стенок колодцев (М, С, К) 4. Радиус сопряжения стенок и дна колодцев (М, С, К) III. Расположение обрабаты- 1. Односторонние ваемых конструктивных эле- 2. Двухсторонние ментов 3. Корпусные IV. Необходимое количество 1. 2-координатные программируемых координат 2. 3-координатные 3. 4-координатные V. Материал 1. Легкие сплавы 2. Стали 3. Стеклопластики Определяют схему приспособления и выбор технологических баз VI. Вид заготовки 1. Профиль 2. Плиты, поковки 3. Отливки, штамповки 4. Сварные 5. Полимеркомпозитные VII. Способ 1. На технологические базы Плоскость + 2 базирования 2. С базированием на торцы отв. и т.п. ребер и полотно 3. С базированием на полотно 4. С базированием на торцы ребер

4

Продолжение табл. 1.1 Классификационный Значение признака Примечание признак VIII. Схема 1. В тисках На аэродинамичезакрепления 2. Прижимами ские поверхности 3. Вакуумное Определяют состав и последовательность операций IX. Степень 1. Нормализованные унификации 2. Типовые 3. Уникальные X. Точность 1. Низкая 2. Средняя 3. Высокая XI. Жесткость 1. Жесткие 2. Средняя 3. Малая XII. Трудоемкость 1. Низкая Объем удаляемого 2. Средняя материала 3. Высокая Определяют перемещения инструмента при обработке основных конструктивных элементов XIII. Характер 1. С наружными и внутренними наружного контурами контура: 2. С закрытым наружным контуром 3. С открытым наружным контуром XIV.Тип 1. С сопрягаемыми контурами наружного контура 2. Без сопрягаемых контуров 3. С малыми радиусами сопряжения элементов контура XV. Наличие окон и 1. Без окон и отверстий отверстий 2. С окнами и отверстиями XVI. Границы колод- 1. С колодцами, ограниченными цев стенками со всех сторон 2. С колодцами, ограниченными стенками частично (карманы) XVII. Контуры 1. Простой формы колодцев 2. Сложной формы XVIII. Глубина 1. Небольшая колодцев 2. Большая XIX. Границы 1. С ограниченными стенками полотен 2. С частично ограниченными стенками 3. С полностью ограниченными стенками

5

Окончание табл. 1.1 Классификационный Значение Примечание признак признака XX. Ступени на полот- 1. С бесступенчатыми полотнами нах 2. Со ступенчатыми полотнами XXI. Ребра 1. С малкованными ребрами постоянного уровня (открытыми и закрытыми) 2. С малкованными ребрами переменного уровня (открытыми и закрытыми)

1.2. 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, работающих в атмосферных условиях при температуре не ниже –70 ºС; верхний предел температуры применения ограничивается температурой 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, относятся большое количество сварных швов, наличие вызванных сваркой внутренних напряжений, сложность базирования. Сталь 40ХН2МА относится к классу конструкционных улучшаемых 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.

6

б

в

а

Рис. 1.1. Примеры деталей основного производства и формообразующей оснастки, 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 – охлаждение в масле) имеет следующие механические свойства: σв ≥ 110 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 95 кгс/мм2; δ ≥ 12 %. Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале температур 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 коррозионностойких сталей, не упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях при температуре 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. 7

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 температур деформации 1220–850 ºС – У, свариваемость – У. Пример детали из стали 12Х18Н10Т дан на рис. 1.3. К особенностям детали, затрудняющим достижение требуемой точности, относятся большое количество сварных швов, создающих значительные остаточные напряжения, отсутствие выраженных базовых поверхностей, недостаточная жесткость. Высокопрочная коррозионностойкая сталь 03Х11Н10М2Т (ВНС17) относится к классу высокопрочных сталей специального назначения, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих 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 механические 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) относится к классу высокопрочных сталей специального назначения, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работаю8

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

Рис. 1.3. Сепаратор пылезащитного устройства (ПЗУ). Габариты 750×700×700, материал – сталь 12Х18Н10Т

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. Труднообрабатываемый 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 механические свойства: σв ≥ 125 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 95 кгс/мм2; δ ≥ 10 %. Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале температур деформации 1150–850 ºС – У, свариваемость – высокая (В). При9

мер детали, выполненной из стали ВНС-2, дан на рис. 1.5. Ее механическая обработка осложнена малой жесткостью и труднообрабатываемостью высокопрочной стали ВНС. Высокопрочная сталь с медью ВНЛ-3 относится к классу коррозионностойких литейных сталей, упрочняемых термической обработкой. Применяется для изготовления силовых сварных и механически обрабатываемых деталей, работающих в агрессивных атмосферных условиях 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 следующие механические свойства: σв ≥ 125 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 90 кгс/мм2; δ ≥ 12 %. Пример деталей из стали ВНЛ-3 дан на рис. 1.6.

б а Рис. 1.6. Корпусные детали из стали ВНЛ-3: а – корпус; габариты 100×160, труднообрабатываемый материал, сложность конструкции

б – корпус; габариты 100×180, обработка отверстия и плоскости под углом

Магниевые сплавы Высокопрочный сплав МЛ5пч относится к классу высокопрочных литейных магниевых сплавов. Применяется для изготовления нагруженных деталей внутреннего и наружного набора. Химический состав, %: 7,5–9,0 Al; 0,2–0,8 Zn; 0,15–0,5 Mn; Mg – основа 10

Сплав МЛ5пч упрочняется термообработкой и имеет после закалки 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.

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 смазывание маслом направляющих станков, на которых производится обработка магниевых сплавов во избежание образования наклепа поверхности направляющих. На участке обработки магниевых сплавов применяются особые меры пожарной безопасности. Сложность изготовления деталей, изображенных на рис. 1.7, обусловлена наличием большого количества плоских и цилиндрических поверхностей, ориентированных под разными углами, и малой жесткостью. Титановые сплавы Титановый сплав ОТ4–1 относится к классу сплавов повышенной пластичности. Применяется для изготовления нагруженных деталей и 11

сварных узлов внутреннего и наружного набора, длительно работающих 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 следующие механические свойства: σв ≥ 55–75 кгс/мм2; δ ≥ 10 %. Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале температур деформации 1050–850 ºС – У, свариваемость – низкая (Н). Сложность получения заданной точности формы деталей из сплава ОТ4–1 (рис. 1.8) вызвана малой толщиной листа (d = 0,8 b d = 3 мм), его плохой свариваемостью и недостаточной жесткостью конструкции детали. Жаропрочный сплав ВТ3–1 относится к классу ковочных сплавов. Применяется для изготовления нагруженных силовых деталей и крепежных узлов, длительно работающих при температуре до 400 ºС. Химический состав, %: 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 следующие механические свойства: σв ≥ 100 кгс/мм2; δ ≥ 10 %. Обрабатываемость резанием – У, давлением в интервале температур деформации 1050–750 ºС – У, свариваемость – Н. Металлический титан в виде стружки может гореть при достаточно сильном местном подогреве, например, при обработке тупым инструментом. Заметное взаимодействие титана с кислородом начинается при температуре Т>600°С. При окислении титана кроме обычной окалины образуется хрупкий поверхностный слой, представляющий твердый раствор кислорода в титане. 12

Алюминиевые сплавы Деформируемый алюминиевый сплав АК6 относится к классу ковочных алюминиевых сплавов. Применяется в закаленном и искусственно состаренном (Т1) состоянии для изготовления несущих тяжелонагруженных 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 следующие механические свойства: σв ≥ 39 кгс/мм2; σ0,2 ≥ 28 кгс/мм2; δ ≥ 10 %. Обрабатываемость резанием – В, давлением в интервале температур деформации 470–380 ºС – В, свариваемость – У. Весь прокат обрабатывается в состоянии поставки. Поковки из АК6 высотой более 120 мм обрабатываются предварительно под термообработку 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 – кремний» 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.

13

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

14

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

15

а

б

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

16

2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКАХ С ЧПУ Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств, обеспечивающих достижение оптимальных затрат в производстве, эксплуатации и ремонте при обеспечении заданных качества, объёма выпуска и условий выполнения работ [2, 3]. Обеспечение технологичности конструкции летательного аппарата, его узлов и деталей является одной из функций технологической подготовки производства, предусматривающей решение комплекса конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности 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 проектирования, изготовления опытного образца, технологической подготовки серийного производства нового или модернизируемого изделия. Специфика конструкции деталей авиастроения обусловлена необходимостью максимального снижения их веса при сохранении требуемых параметров кратковременной и длительной прочности, прилеганием к поверхностям, формирующим аэродинамические обводы летательного аппарата. Конструктивные особенности деталей летательных аппаратов определяются служебным назначением и жесткими требованиями по их увязке в конструкции агрегата. Эти обстоятельства резко осложняют отработку деталей авиационных конструкций на технологичность, повышают требования к тщательности ее выполнения. С другой стороны, комплекс работ по улучшению технологичности 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 летательного аппарата. Требования технологичности элементов конструкции летательного аппарата всегда подчинены требованиям функциональности и надежности. Поэтому любые предложения по улучшению технологичности, которые могут хотя бы косвенно повлиять на надежность и тактико-технические показатели изделия, должны быть либо безусловно отвергнуты, либо пройти длительную цепь экспертиз, согласований и утверждений в перечисленных выше организациях. Названные обстоятельства придают терминам «улучшение технологичности», «отработка технологичности» смысл, коренным образом отличающийся от того, что принят в других отраслях машиностроения. В частности, технолог серийного предприятия не вправе изменять без 17

специальных согласований: – материал и метод получения заготовок особо ответственных деталей; – окончательную форму и размеры деталей; – технологические процессы и параметры деталей, особо оговоренные в КД (твердость, термическая обработка, упрочнение, отделка, покрытие); – методы и средства контроля параметров, оговоренные в КД. Если на стадии отработки технологичности КД выявляются недостающие размеры, неудачная их простановка, отсутствие других необходимых конструкторско-технологических данных и эти данные не могут быть получены из плазов, сборочных и теоретических чертежей, технолог оформляет соответствующий запрос в отдел Главного конструктора по установленной форме. Вообще, результаты анализа чертежа 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 доработки; – сокращения затрат на расчет и подготовку программ для станков с ЧПУ оформляются в виде запроса или требования о повышении технологичности и направляются в ОГК, КБ, ОКБ для согласования и принятия соответствующего технического решения. Изложенное показывает, что результатом грамотного инженерного анализа технологичности является не бессмысленная формула: «деталь технологична» или «деталь нетехнологична», не набор числовых критериев так называемого количественного анализа технологичности, а обоснование выявленных причин низкой технологичности детали или отдельных ее конструктивных элементов с предложениями по усовершенствованию конструкции, простановки размеров, изменению технологии, средств технологического оснащения и анализом следствий, к которым может привести реализация этих предложений. 2.1. Технологичность заготовок В зависимости от конкретных условий (программа выпуска, техни18

ческие требования к детали) рациональными могут быть разные процессы получения (и, следовательно, конструкции) заготовок одной и той же детали. Случаи, когда один метод изготовления при всех условиях рациональнее других, крайне редки. В разделе приведены некоторые сравнительные технико-экономические показатели методов и рекомендации по их применению, а также правила обеспечения технологичности для выбранного метода получения заготовок. Учитывая направленность книги на разработку технологий механической обработки, 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, подвергающихся при эксплуатации значительным постоянным, переменным и ударным нагрузкам, которые по конструктивным особенностям не могут быть изготовлены другими способами. Этим методом изготавливаются заготовки балок, шпангоуты, рамы, фитинги, детали воздушных и гидросистем высокого давления с коэффициентом использования материала 0,35–0,6. Горячештампованные заготовки сохраняют направление волокон, заложенных в металле при прокатке, что порационально учесть напряженнозволяет конструктору 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 цельных 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 следующие 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 деталей, получаемых из горячештампованных заготовок (без накладных расходов), в зависимости от серийности, сложности, массы определяется по формуле [3]: 19

СТ = СТ1КSG, (2.1) где СТ1 – 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 количества деталей; S – коэффициент сложности, определяемый по табл. 3.3; G – масса механически обработанной детали, кг. Пользуясь табл. 2.1–2.3, можно оценить изменение технологической себестоимости за счет упрощения заготовки. Таблица 2.1 Условная технологическая себестоимость СТ1 1 кг деталей I-й группы сложности из различных материалов, изготовленных из горячештампованных заготовок Технологическая себестоимость 1 кг деталей, усл. руб. Масса детали, углерокг дистой < 0,022 8,55 0,022 … 0,036 8,55 0,036 … 0,060 8,55 0,060 … 0,100 8,55 0,10 … 0,16 7,57 0,16 … 025 6,10 0,25 … 0,40 4,90 0,40 … 0,60 4,00 0,60 … 1,00 3,22 1,00 … 1,60 2,55 1,60 … 2,50 2,07 2,50 … 4,00 1,67 4,00 … 6,00 1,37 6,00 … 10,00 1,09 10,00 … 16,00 0,90 16,0 … 25,0 0,70 25,0 … 40,0 0,55 40,0 … 60,0 0,46 60,0 … 100,0 0,37 100 … 160 0,29 160 … 250 0,24

из стали конструкционной 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

из сплава нержавеющей 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

20

алюминиевого 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

магниевого 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

титанового 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 –

Таблица 2.2 Коэффициент К в зависимости от марки материала и количества деталей Размер партии деталей 10 12 16 20 25 32 40 50 60 80 100 160 200 250 400 630 1000

Коэффициент К углеродистой 7,300 6,146 4,726 3,886 3,176 2,556 2,126 1,746 1,517 1,222 1 0,760 0,671 0,598 0,482 0,411 0,365

для стали конструкционной 6,392 5,392 4,142 3,392 2,792 2,264 1,892 1,592 1,392 1,142 1 0,767 0,692 0,632 0,542 0,487 0,452

нержавеющей 5,300 4,480 3,460 2,850 2,380 1,960 1,682 1,430 1,275 1,081 1 0,800 0,747 0,701 0,638 0,597 0,571

для сплава алюми- магние- титанониевого вого вого 2,109 6,500 5,727 1,903 5,480 5,480 1,637 4,210 3,757 1,481 3,440 3,102 1,360 2,800 2,557 1,250 2,290 2,317 1,174 1,910 1,787 1,113 1,601 1,527 1,072 1,400 1,352 1,023 1,145 1,133 1 1 1 0,949 0,762 0,805 0,934 0,686 0,739 0,925 0,630 0,687 0,906 0,533 0,608 0,894 0,477 0,560 0,530 0,888 0,441

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 проектировании и изготовлении опытных изделий, не отличались от получаемых в условиях серийного производства необходимо детали, которые будут серийно изготавливаться из штампованных заготовок, в опытном производстве изготавливать из кованых, прессованных заготовок с соблюдением соответствующих штамповочных уклонов, радиусов переходов и закруглений, толщин и высоты ребер. Ниже дан ряд основанных на [3] рекомендаций по выбору рациональной формы заготовок, которыми следует руководствоваться при их проектировании.

21

Таблица 2.3 Коэффициент S в зависимости от группы сложности Группа Характеристика S сложн. группы 1 Детали типа 1,00 тел вращения и близкие к ним, а также детали в виде стержня с головкой 2

Плоские детали 1,08 с небольшими выступами и обработкой по сопрягаемым поверхностям

3

Детали с одно- 1,15 сторонним расположением ребер

4

Детали армату- 1,33 ры (тройники, угольники, краны, корпуса)

5

Детали сложной конфигурации с закрытыми сечениями (рычаги, качалки, рамы, балки)

Типовые представители

3,3

Штампованные заготовки должны иметь по возможности более простую форму и плавные переходы от одного сечения к другому. 22

Рычаг нетехнологичной конструкции (рис. 2.1) имеет сильно развитую головку. Необходимо уменьшить высоту большей головки и выполнить в ней сквозное отверстие для облегчения последующей механической обработки. Правые и левые детали одного типоразмера желательно проектировать так, чтобы их можно было изготовить из одной и той же заготовки. На рис. 2.2 показана деталь нетехнологичной конструкции, которой путем изменения расположения среднего ребра можно придать симметричную форму, обеспечив возможность использования одной заготовки для левой и правой деталей.

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

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

В ряде случаев нетехнологичная цельноштампованная деталь может быть выполнена сваркой из двух отдельных простых штампованных элементов. Такие решения (рис. 2.3 – 2.6) значительно снижают расход металла и объем механической обработки. 23

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

Рис. 2.4. Нетехнологичная цельноштампованная деталь (а) заменена сваренной (б) из двух отдельных простых штампованных элементов

24

Рис. 2.5. Нетехнологичная конструкция цельноштампованной качалки

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 вызывает 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 напусками. Для доведения таких заготовок до окончательных размеров требуется удаление значительного объема стружки. 25

Рис. 2.7. Нетехнологичные конструкции штампованных заготовок с отростками

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

Ажурная форма заготовок может вызывать значительное коробление при обрезке облоя, механической и термической обработке. В этом случае необходимо предусматривать введение специальных конструктивных 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. Технологичность таких заготовок можно существенно улучшить, используя сварную конструкцию. Так, на рис. 2.10 массивные штампованные закон26

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

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

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. Количество брака при этом также оказывается меньше. На рис. 2.11 приведен рычаг с двумя вариантами линии разъема. В нетехнологичном варианте линия разъема усложняет штамповку и искажает конфигурацию рычага. Рациональное расположение линии разъема упрощает конструкцию ковочного штампа. 27

Рис. 2.11. Варианты линии разъема рычага

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

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 сопряжений, 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 28

обязательно, т. к. расположение определяется направлением штамповочных уклонов (рис. 2.13). Исключение из этого правила составляют детали, которые можно изготовить без штамповочных уклонов на необрабатываемых поверхностях. В этом случае линию разъема на чертеже необходимо указывать обязательно.

Рис. 2.13. Сечение детали с необрабатываемыми поверхностями

Штамповочные уклоны в плане необходимо изображать двумя линиями (рис. 2.13): контуром детали по разъему и линией, обозначающей начало штамповочного уклона. Все размеры детали должны быть полностью указаны. Ссылки на плаз и шаблон допускаются лишь в исключительных случаях. Шаблоны, снятые с плаза, не следует использовать при проектировании и изготовлении штамповой оснастки, т.к. размеры полости штампа отличаются от соответствующих размеров детали на величину усадки. На теоретических обводах детали, подвергаемых механической обработке, необходимо ставить размеры, а в соответствующем примечании указывать, что данные размеры можно использовать только для разработки чертежа заготовки и проектирования оснастки. Размеры детали следует указывать от баз, принятых для механической обработки, что позволит сократить время на пересчет размеров и уменьшит вероятность ошибок. Габаритные размеры при необрабатываемом контуре не следует указывать по линии разъема (рис. 2.14). Это связано с тем, что образующийся по линии разъема облой впоследствии обрезается, и на месте обреза в зависимости от пригонки обрезного инструмента могут быть остатки облоя или вырывы.

Рис. 2.14. Простановка габаритного размера и размера толщины ребра

29

При простановке размера толщины ребра нужно пользоваться следующим правилом. Если вершина ребра заканчивается радиусом, то толщина ребра определяется диаметром его вершины. Если же толщина ребра на его вершине больше удвоенного радиуса, то толщину следует 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 размеров 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.

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 непосредственно на размере, а не оговаривать в примечаниях. Это требование заставляет тщательно рассчитывать величины припусков с учетом прочности конструкции детали и привеса. Если деталь выполняется с одним штамповочным уклоном, его величину можно оговаривать в примечании. Если же на различных конструктивных элементах требуются различные штамповочные уклоны, то преобладающий уклон указывается в примечании, а остальные необходимо проставлять на чертеже. На особо ответственных деталях необходимо указывать желательное направление волокон. При указании толщины стенок и перемычек давать допуск на отрицательное отклонение, что позволит обеспечить заданную в чертеже детали толщину стенки или перемычки. При необходимости следует предусматривать в конструкции заготовки специальные технологические припуски, используемые для обеспечения более удобного базирования и закрепления в процессе механической обработки. Из этих соображений, а также из возможности изготовления в штампе выбирается форма технологического припуска. 30

Допускаемое коробление, влияющее на величину назначаемых припусков, необходимо указывать на чертеже детали. На чертеже деталей из штампованных заготовок должно быть согласованное 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 детали. Каждая деталь первой группы подвергается полной проверке. Ко второй группе относят ответственные детали, которые подвергаются выборочной проверке (одна или несколько деталей в партии). К третьей группе относят детали, которые не подвергают специальным проверкам и испытаниям, особо оговоренным в конструкторской и технологической документации. Литые заготовки Совершенствование существующих способов литья в песчаные и керамические формы, кокили, под давлением, создание новых сплавов, технологических процессов и оборудования для литья крупногабаритных 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 наиболее 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 технологичность 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, выделяющихся при заливке. Тонкие стенки и ребра должны располагаться вертикально. В [3] приводятся технологические рекомендации по рациональному проектированию отливок и их конструктивных элементов (бобышек, ребер, стенок их сопряжений, переходов, радиусов закруглений, отверстий), позволяющие исключить образование усадочных и других дефектов. Правила оформления чертежей отливок включают кроме выполнения общих требований обязательное указание группы контроля, предельных отклонений размеров, требований к качеству литой поверхности, величины литейных уклонов, мест вырезания образцов для металлографического контроля, рентгеновского просвечивания и механических испытаний, мест и порядка маркирования. Для крупногабаритных 31

отливок, формирующих обводы, необходимо указание того, что теоретический профиль следует брать с плаза. В чертежах литейных деталей, не связанных с теоретическим контуром, необходимо указывать все размеры, не ссылаясь на шаблоны, т.к. при изготовлении моделей используются шаблоны, учитывающие усадку металла. 2.2. 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 интерполятором не более чем по одной или двум координатам; – сокращение типоразмеров обрабатывающего инструмента и максимально возможная его стандартизация и унификация; – для обеспечения жесткости и производительности фрезерного инструмента при обработке сопряжения стенок наружных и внутренних обрабатываемых контуров соотношение между радиусами контура и наибольшей высотой стенок контура должно быть: Rтип ≥ (1/5÷1/6) Н; – максимальная доступность поверхностей для обработки; – выполнение закона единства конструкторских, технологических и измерительных баз; – простановка размеров от этих баз в соответствии с принятой системой координат, удобной для программирования обработки детали; – форма и размеры заготовки должны позволять обработку в непрерывном 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 координат; 32

– отверстия необходимо базировать от основных установочных баз; – привязка крепёжных отверстий к осям координат центрального отверстия, которое они обслуживают; – обозначение криволинейных поверхностей с указанием координат центров дуг окружностей и точек сопряжения контуров; – нанесение линейных размеров цепью с соответствующими допусками; – обработка технологических баз по возможности вне станков с ЧПУ на предварительных операциях. Большое количество удачных примеров повышения технологичности конструкции деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, приведено в [2]. Простановка размеров Наилучшим вариантом простановки размеров является тот, при котором конструктивные базы совпадают с технологическими. При этом отпадает необходимость пересчетов технологических цепочек, упрощаются 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 технологических переходов и операций. При проектировании деталей размеры следует задавать от реально существующих точек и поверхностей. Рекомендуется проставлять размеры так, чтобы замер детали можно было произвести прямым методом, без пересчета размеров. Ниже приведены некоторые примеры более рациональной простановки размеров, способствующей упрощению изготовления деталей (рис. 2.16 – 2.21).

Рис. 2.16. Пример нетехнологичной (а) и технологичной (б) простановки размеров вилки

Простановка размеров в случае а ведет к следующим осложнениям в обработке детали: – при фрезеровании паза и наружных плоскостей вилки на универсальном 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 сложного приспособления. Технологичная простановка размеров упрощает изготовление детали. При этом: – совпадение технологических и конструктивных баз позволяет производить фрезерование паза и проушин в универсальном приспособлении по настроенному процессу (рис. 2.19); – замеры детали производятся обычным универсальным инструментом и не вызывают затруднений; – при сверлении отверстия размер l1 выдерживается стабильно. При этом значительно упрощается конструкция приспособления. На деталях, изготавливаемых на револьверном станке, рекомендуется проставлять размеры от одного торца, что значительно упрощает настройку оборудования и исключает пересчет технологических размеров.

Рис. 2.17. Рациональная простановка осевых размеров от одного торца

Если наружные и внутренние поверхности вращения детали не могут быть изготовлены на токарном станке за один установ, рекомендуется проставлять размеры от одного торца, который служит базой при обработке поверхности или началом отсчета при создании управляющей программы. Простановка размеров, как показано на рис. 2.18 слева, требует пересчета размеров и сужает поле допуска. Не рекомендуется проставлять размеры на ушках и вилках от кромок ушка (вилки) или от оси отверстия ушка (вилки). При более рациональной простановке размеров обработка может производиться по настроенному процессу (рис. 2.21). 34

Рис. 2.18. Рациональная простановка размеров, основанная на принципе совмещения конструкторской и технологической баз

Рис. 2.19. Совмещение конструкторских и технологических баз, позволяющее производить обработку по настроенному процессу, обеспечивающему большую точность деталей и стабильность технологического процесса

Рис. 2.20. Простановка размеров от технологической базы, улучшающая технологичность механической обработки деталей

Не рекомендуется на чертеже проставлять координаты инструмента, т. к. замеры их весьма осложнены и требуют пересчетов размеров. 35

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 паза от кромок ушка усложняет производственный процесс, т. к. положение паза детали будет колебаться в зависимости от допуска на контур детали.

Рис. 2.22. Пример рационального задания размера паза от оси базового отверстия 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). 36

Рис. 2.23. Пример простановки размеров 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

Ø

Рис. 2.25. Пример простановки размеров на уклон

Канавки следует задавать углом α и наименьшей шириной b, при этом размер ширины b 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 37

кольцевых канавок желательно задавать диаметром d (рис. 2.27).

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 значительно упрощает изготовление деталей при механической обработке (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Простановка размеров на развертке длинномерных гнутых деталей

38

Простановка размеров от реально не существующей линии построения нежелательна. Это вызывает необходимость пересчета размеров при программировании обработки и контроле детали. Рекомендуется размеры задавать от реально существующих плоскостей и линий (рис. 2.29).

Рис. 2.29. Рациональное задание размеров от реально существующих поверхностей детали

Рис. 2.30. Пример задания поверхности плоскостями или телами вращения с прямолинейной образующей.

Не рекомендуется в размерах механически обрабатываемых деталей делать ссылку на плазовую увязку. В случае, если аэродинамический контур мало отличается от обычных геометрических форм (иногда в пределах поля допуска), следует задавать поверхности плоскостями 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 39

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

Рис. 3.31. Задание размеров на подсечке длинномеров

Рис. 2.32. Схема рациональной простановки размеров с использованием принципа совмещения конструкторской и измерительной баз

Координаты отверстий следует задавать от одной базы, если конструкторские 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 нескольких кондукторов с различными базами. На этом же рисунке справа приведена деталь, отверстия которой могут быть изготовлены в одном кондукторе. Õ Рис. 2.33. Пример неудачной простановки координат отверстий – отверстия закоординированы от разных технологических баз

На деталях, у которых базой может служить отверстие, расположенное по оси, или наружная цилиндрическая поверхность, координа40

цию остальных отверстий целесообразно производить по окружности (рис. 2.35).

Рис. 2.34. Пример неудачной простановки координат отверстий – отверстия закоординированы от кромки и от оси Ö

а

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

В крупногабаритных тонкостенных деталях с поверхностями вращения (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 толщину стенки 0,12 мм требует выполнения с полем допуска 0,24 мм, которое находится между полем допуска 9-го и 10-го квалитета точности. Выполнение тонкостенных крупногабаритных деталей с такой точностью вызывает большие производственные трудности. 41

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

Рис. 2.36. Рациональная простановка размеров крупногабаритных тонкостенных тел вращения

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 мм. По нормали толщина стенки может колебаться в пределах ±1,2 мм, в этом случае обрабатываемая и необрабатываемая поверхности могут быть выполнены как одно целое, что значительно увеличит объем механической обработки. При простановке размеров между обрабатываемой и необрабатываемой поверхностями номинальный размер должен быть больше, чем 42

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

Рис. 2.38. Рациональные назначение размера ступеньки

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

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

Рис. 2.40. Создание специальных технологических баз на детали

43

В чертежах заготовок в случае необходимости рекомендуется предусматривать 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 целесообразно проставлять, предусматривая уступы.

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

Назначение точности размеров и шероховатости обрабатываемых поверхностей Точность размеров деталей непосредственно влияет на трудоемкость механической обработки: с увеличением точности детали резко возрастает трудоемкость (см. рис. 2.42).

Рис. 2.42. Связь относительной себестоимости с допуском на изготовление деталей [3]

Наиболее экономичными будут детали, у которых меньшее количество поверхностей, обрабатываемых с повышенной точностью, что достигается при использовании различных конструктивных мер, ведущих к увеличению допусков, но не ухудшающих эксплуатационные качества изделия. Повышение точности ведет к увеличению производственного цикла, применению оборудования, приспособлений, мерительного инструмента повышенной точности, более быстрому износу режущего инструмента и привлечению квалифицированной рабочей силы. Конструктивные и технологические решения, связанные с обеспечением заданных точностей параметров деталей, должны быть выполнены наи44

более производительными технологическими методами. Допуски на свободные размеры отверстий и валов, а также на размеры прочих типовых деталей выполняются по отраслевым нормалям. На размеры между обрабатываемой и необрабатываемой поверхностями необходимо указывать допуск, который должен суммироваться из допусков на заготовку и механическую обработку или другой, последующий вид обработки. Нарушение этого правила иллюстрируется на рис. 2.43. Рис. 2.43. Пример детали, толщину стенки которой можно выдержать только в случае механической обработки обеих сторон, в том числе и той, обработка которой не предусмотрена

Допуски на размеры между обрабатываемой и горячештампованной 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 допуска, 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 поверхности, фаски и галтели. Открытые плоскости При конструировании деталей рекомендуется руководствоваться следующими технологическими требованиями: Обеспечение необходимой жесткости деталей – это общее требование для всех деталей, обрабатываемых резанием. Если деталь деформируется 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 D фрезы при торцевом фрезеровании (рис. 2.44, а) и быть на 3–5 мм меньше длины L 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).

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

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, подвергаются шлифованию, шабрению, притиранию и обозначаются на чертеже соответствующими знаками классов точности и чистоты. Детали со значительными размерами шлифуемой поверхности являются нетехнологичными, т. к. при их обработке происходит интенсивный износ шлифовальных кругов, и, следовательно, снижаются 46

точность и класс чистоты обрабатываемой поверхности. Для увеличения стойкости шлифовальных кругов и снижения трудоемкости обрабатываемые плоские поверхности следует выполнять в виде контурных полос, оставляя в средней части деталей углубленную необрабатываемую поверхность (рис. 2.46).

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

Обрабатываемые плоские поверхности должны быть четко отделены от черных (необрабатываемых) поверхностей или обработанных, но лежащих в других плоскостях. Следует также отделять поверхности, лежащие в одной плоскости, но обрабатываемые разным инструментом. Для плавного сопряжения этих поверхностей требуется трудоемкая ручная подгонка (рис. 2.47).

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

Высота выступающих обрабатываемых площадок (платиков и бобышек) должна быть больше допуска на штамповку у прилегающей необрабатываемой плоскости (рис. 2.48). При малой высоте выступающих элементов их плоскости штампуются или отливаются заподлицо с необрабатываемой плоскостью. В этом случае требуется обработка плоскости А, не предусмотренная чертежом, и остаются не предусмотренные переходные поверхности от инструмента. На металлорежущих станках (фрезерных, строгальных, плоско47

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

Рис. 2.48. Оптимальная высота выступающих обрабатываемых платиков и бобышек

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, участок А которой можно обрабатывать только в поперечном направлении. При фрезеровании узких и высоких рёбер в поперечном направлении ввиду недостаточной жесткости изделия появляются вибрации, ухудшающие шероховатость обрабатываемой поверхности и вызывающие сильный шум, что вынуждает снижать режимы обработки. 48

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

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

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. Малые переходные радиусы связаны с применением недостаточно жестких фрез малого диаметра. Обработка такими фрезами малопроизводительна. Следует по возможности избегать механической обработки плоскостей деталей, упрощая их конструкции путем членения на более простые детали с применением сварных и других соединений (рис. 2.52). Достигаемая при механической обработке шероховатость элементов детали зависит от жесткости системы СПИД. Поэтому в тонкостенных деталях, где жесткость слишком мала, получение высокого 49

класса чистоты возможно только при очень большом увеличении трудоемкости, 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 механизированными средствами (виброударным, пневмодинамическим методами и др.).

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

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 рекомендуется руководствоваться рядом следующих технологических требований. 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 деталях из конструкционных сталей глубину элементов рекомендуется предусматривать не более 1,5 D фрезы, а в деталях из нержавеющих сталей и титановых сплавов – не более D фрезы. 50

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

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 14 16–18 20–22 25–32 36 40 45–50

0,5–3

0,5–4

R 0,5–5 Нмакс

0,5–6

0,5–10

25 30 35 40 45 50 60

Таблица 2.5 Глубина фрезерования в зависимости от радиуса закругления и диаметра концевых фрез с твердосплавными пластинами R D 10–12 14–16 18 20–22 24–25 28–36

0,5–2

1–2,5

1–4

1–5

Нмакс

12 14 14 16

35 16 20

51

40–50

24

– 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 вследствие увеличения радиуса сопряжения боковых поверхностей. Кроме этого радиусы сопряжения колодцев и карманов желательно выполнять одинаковыми, т.к. обработка при этом производится одним инструментом Рис. 2.55. Увеличение радиуса сопряжения боковых сторон позволяет использовать концевую фрезу большего диаметра и уменьшить количество проходов при обработке карманов и колодцев

Конструкция пазов и прорезей малой ширины должна предусматривать 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 обрабатываемых 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 1 1 1;1,5 1,5 1,5 1,5;3 3 3

Ширина паза, B 3 4; 4,5; 5; 5,5 6 7; 8; 9 10; 11 12 13; 14; 15 16; 18; 20

52

Диаметр фрезы, D 90 110 130 150 175 200 250 Глубина паза, Hмакс 20 20 27 27 38 38 46 46 50 50 65 80

Таблица 2.7 Глубина обрабатываемых пазов в соответствии с их шириной и размерами нормальных полукруглых фрез из быстрорежущей стали Диаметр фрезы, D Ширина паза, B

75

90

110

130

150

175

200

225

250

Глубина паза, Hмакс 2,0; 2,5 3,0 4,0; 4,5; 5; 5,5 6,0; 7,0 8,0; 9,0 10 11; 12 13; 14; 15 18; 20 22; 24; 26

18 18

20

26 26 35 35

45 45

50 50 64 70 70

80

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

Форма переходных поверхностей паза зависит от требуемой точности, 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 ножами из твердого сплава (б) в деталях из цветных и титановых сплавов и стали с σв<800 МПа. Это позволяет получить пазы 10–12 квалитета точности с шероховатостью не лучше R а = 5 мкм. Такая же форма переходной поверхности может быть получена и для стальных деталей с σв>800 МПа со свободными размерами паза (13 квалитет точности и ниже R 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 σв<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 σв = 1800–2000 МПа. Шероховатость фрезе53

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

Рис. 2.56. Переходные поверхности пазов, прорезаемых дисковыми фрезами

При обработке пазов в деталях из титановых сплавов и стали с σв>1200 МПа, имеющих классные размеры, необходимо предусматривать 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 последующем 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 Тобразных пазов. Учитывая, что рабочие поверхности таких пазов обрабатываются малопроизводительными фрезами специальной формы, желательно уменьшать размеры окончательно обрабатываемых поверхностей. На рис. 2.57 (справа) показана конструкция паза, в которой размеры рабочих поверхностей уменьшены путем введения выемки А, образуемой фрезой при предварительном прорезании паза.

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

Изготовление длинных узких пазов повышенной точности (выше 13-го квалитета) и шероховатостью поверхности выше Rа = 5 мкм вызывает технологические трудности из-за возникающих вибраций 54

вследствие недостаточной жесткости системы СПИД. В случае применения таких пазов необходимо учитывать выход дисковой фрезы. Доработка основания паза концевой фрезой затруднена, а иногда и невозможна (рис. 2.58).

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 настроенному процессу, улучшает шероховатость и точность изготовления (рис. 2.59).

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 другу, т. к. обработка производится за один проход (рис. 2.61). На деталях большого диаметра при большой ширине стенки паза необходимо проектировать радиально, т. к. обработка паза производится на поворотном столе (рис. 2.62). При сопряжении наклонного ребра с основанием необходимо в месте сопряжения предусматривать уступ, что исключает слесарную 55

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

Рис. 2.60 Полный выход фрезы, предуРис. 2.61 Выполнение параллельсматриваемый при обработке треугольных ных стенок пазов на телах вращешлиц ния малого диаметра

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

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

При сопряжении ребра с ребром (или другими элементами детали), образующими угол, рекомендуется в месте сопряжения предусматривать площадку с уступом для подхода инструмента, что исключает слесарную доработку в месте сопряжения (рис. 2.64). Для исключения слесарных доработок, улучшения технологичности и качества механической обработки следует по возможности избегать 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 56

оснастки и снижает трудоемкость за счет увеличения режимов обработки (рис. 2.66).

Рис. 2.64. Выполнение площадки для подхода концевой фрезы в местах примыкания ребра к другим ребрам

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

б

а

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

57

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).

Рис. 2.67. Создание необрабатываемых колодцев на широких наклонных ребрах, 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 производительность.

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

Для получения тонкостенных элементов деталей (менее 2,5 мм), ограниченных сопрягаемыми плоскостями, экономически целесообразно использовать размерное химическое травление, оставляя после механической обработки припуск на химическое травление, тем самым 58

резко снижая трудоемкость изготовления деталей. При этом чертежные допуски на размеры, получаемые размерным химическим травлением, 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 технологичности, среди которых важнейшими являются обеспечение жесткости конструкции детали и удобство ее установки базирования и закрепления. Для этого в тонкостенных деталях диаметром 500 мм и более необходимо предусматривать ребра жесткости. При проектировании деталей 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 диаметром более 500 мм и высотой свыше 200 мм не рекомендуется проектировать переход между диаметрами в виде конической поверхности, лучше – в виде уступа (рис. 2.69). Детали такого типа рационально обрабатывать на карусельных станках с креплением за уступ.

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 предусматривать 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 материала, дополнительные операции для удаления технологических центров после окончательной обработки детали. Эти операции трудо59

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.

Рис. 2.70. Выполнение в конструкции детали – тела вращения центров и центровых фасок, позволяющее выдержать единство баз на всех операциях обработки точных цилиндрических поверхностей

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

а

б

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).

60

Рис. 2.72. Технологичное оформление шлифуемых цилиндрических поверхностей

ÕРис. 2.73. Пример технологичного выполнения выступа на цилиндрической поверхности

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

Рис. 2.74. Формирование переходного участка на детали, облегчающего проектирование траектории движения резца при обработке цилиндрического участка

Торцевые поверхности вращения следует предусматривать плоскими, без радиальных канавок и выступов. Обработка прерывистых поверхностей снижает производительность, точность обработки, ухудшает шероховатость поверхности. Необходимо разделять уступами поверхности, обрабатываемые разным инструментом (рис. 2.75) и избегать проектирования кольцевых выточек (рис. 2.76) на торце со стороны стержня, если торцы не требуют шлифования. Обработка выточек связана с применением специального инструмента и увеличением трудоемкости.

Рис. 2.75. Отделение уступом кольцевой Рис. 2.76. Исключение торцевой выточки, обрабатываемой канавочным рез- выточки, если не требуется шлицом, и цилиндрической части, обрабатывае-

61

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, шлифованием, протягиванием и другими способами. Отверстия подразделяются на обыкновенные и глубокие, к последним 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 относятся отверстия, в которых резко ограничено осевое перемещение инструментов, изготовляющих отверстия (обработка «в упор»), а также отверстия ступенчатые со значительным перепадом ступеней. Отверстия по возможности следует делать сквозными. Изготовление глухих отверстий, особенно таких, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности, шероховатости поверхности и расположения их относительно других поверхностей, вызывает большие затруднения. В ступенчатых отверстиях наиболее точную ступень необходимо делать сквозной (рис. 2.77). При обработке сквозных отверстий можно добиться большей производительности. По возможности следует сокращать длину обрабатываемой поверхности (рис. 2.78).

Рис. 2.77. Технологичное выполнение сквозных классных отверстий

Рис. 2.78. Уменьшение длины классной 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 большее число переходов, необходимо и большее количество инструментов. Сами инструменты должны быть очень точными и более дорогими. Кроме того, такие инструменты быстрее теряют свои размеры в процессе изнашивания при работе. Для изготовления отверстий высоких квалитетов точности требуется очень тщательная наладка станка и 62

инструмента. Особенно технологически сложно и трудоемко выполнение классных отверстий малых диаметров (до 9 мм) в термически обрабатываемых материалах с σв≥ 1000 МПа. Обработку таких отверстий производят инструментом, оснащенным твердым сплавом, после закаливания детали. Изготовление и эксплуатация такого инструмента представляет большие производственные трудности. Конфигурация глухих отверстий, обрабатываемых осевым инструментом, должна соответствовать конструкции применяемого инструмента. Осевой режущий инструмент (сверло, зенкер, развертка) имеет коническую заборную часть, которая образует у дна отверстия переходную 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 малопроизводительной операцией. Поэтому при обработке глухих отверстий следует применять инструменты для обработки сквозных отверстий (эскиз б и г), предусматривая в чертежах участок f (эскиз е) нерабочей части отверстия (переходной поверхности). Кроме того, при проектировании изделия следует учитывать (особенно при прессовых соединениях деталей), что при изготовлении отверстий 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 предусматривать чертежом.

Рис. 2.79. Конфигурация поверхности, полученная при сверлении (а), растачивании 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 предусматривать у дна отверстия переходной уступ (рис. 2.80, а) или кольцевую ка63

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.

Рис. 2.80. Выполнение переходного уступа (а) и кольцевой канавки для растачивания точного глухого отверстия

Точные отверстия с поверхностью высокого класса шероховатости обрабатывают тонким растачиванием, шлифованием и хонингованием. Для выполнения этих операций наиболее удобными являются отверстия диаметром d свыше 18 мм при отношении l/d ≈ 0,5–1,0 (большие значения для меньших диаметров). Под хонингование не следует предусматривать отверстия диаметром менее 20 мм. При обработке глухих отверстий хонингованием выполняются выточки шириной 0,5–1,0 d (меньшие значения для больших диаметров). Если такие выточки не могут быть предусмотрены по условиям конструкций, 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 длину хонингования l (рис. 2.81).

64

Рис. 2.81. Указание на чертеже детали длины хонингования

При проектировании отверстий следует предусматривать возможность их обработки нормализованными осевыми режущими инструментами (сверлами, зенкерами, развертками). Не рекомендуется проектировать поперечные отверстия, выходящие в обрабатываемую зону точного отверстия. В этом случае необходим вывод отверстия во внутреннюю кольцевую канавку (рис. 2.82).

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 нежелательно, отверстия должны располагаться на высоте не менее 12 мм (для отверстий не свыше 5 мм) от внутренней плоскости стенки (рис. 2.83).

65

Рис. 2.83. Размещение отверстий в ребрах глухих карманов Рис. 2.83 a. Обеспечение доступа для ввода осевого инструмента Ö

Не рекомендуется располагать оси отверстий под углом к поверхности детали (рис. 2.84). При таком расположении отверстий на режущий инструмент действуют односторонние усилия резания, снижающие точность и шероховатость обработки поверхности. Инструмент малых диаметров при этом подвержен частой поломке. Без специальной оснастки (кондуктора) такие отверстия обрабатывать нельзя.

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

Выполнение выточек в деталях на сверлильных, расточных, фрезерных и агрегатных станках очень затруднительно и требует применения специальной малопроизводительной оснастки. В ряде случаев этого можно избежать введением разрыва в детали (рис. 2.85, а). В литых 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. 66

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. 2.85, г) обычно требует расчленения обработки на операции. Обработка отверстия за две установки приводит к увеличению отклонения отверстия от соосности. На рис. 2.85, д 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 время. Необходимо избегать по возможности применения конических отверстий, особенно больших диаметров. Обработка таких отверстий связана с применением специальной оснастки. Классные отверстия должны иметь нормальные диаметры в соответствии с ГОСТом (рис. 2.86). Отклонения от ГОСТа ведут к применению специального режущего и измерительного инструмента. В центровых отверстиях следует предусматривать предохранительную фаску во избежание их повреждения при последующей механической обработке (рис. 2.87).

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, закрытых для доступа инструмента другими поверхностями.

67

Рис. 2.88. Возможные варианты замены цековки обточкой и фрезерованием

В связи со сборкой к конструкции отверстий предъявляется ряд дополнительных технологических требований. Отверстия под шпильки (нерабочую их часть) необходимо проектировать с зазором по отношению к телу шпильки (рис. 2.89). Во избежание выпучивания материала у кромок отверстия при завертывании шпилек рекомендуется на выходе отверстия предусматривать фаску (рис. 2.90).

Рис. 2.89. Выполнение зазора в отверситях под шпильки

Рис. 2.90. Оформление резьбового отверстия под шпильку и болт фаской, предотвращающей выпучивание материала

При сборке деталь не должна одновременно садиться по нескольким поверхностям. Если деталь имеет ступенчатые или конические отверстия, только одно из них должно быть сопрягаемой поверхностью. Не допускается посадка сопрягаемых деталей по нескольким поверхностям (рис. 2.91). При неподвижных посадках по нескольким 68

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

а

б

Рис. 2.91. Пример посадки сопрягаемых деталей

Рис. 2.92. Посадка на ступенчатые концентрические отверстия, предотвращающая задиры при монтаже

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

Рис. 2.93. Уменьшение диаметра центрирующих кольцевых выточек, улучшающее технологичность сборки узла

Резьба и резьбовые соединения Наружная резьба При серийном производстве изготовление наружной резьбы производится накатыванием (если позволяют габаритные размеры и кон69

фигурация детали); фрезерованием (кроме деталей, термически обработанных на прочность σв≥1100 МПа); нарезанием резцом или гребенками. Наихудшим в отношении качества резьбовой поверхности является изготовление резьбы нарезанием круглыми плашками (лерками). Шлифование резьбы представляет собой весьма трудоемкую операцию, которую следует по возможности избегать, заменяя шлифование накатыванием. На наружных резьбовых поверхностях рекомендуется предусматривать заходную фаску с углом 450, которая обеспечивает благоприятные условия для работы резьбообразующего инструмента и способствует предохранению начальной нитки резьбы от механических повреждений. Ширина фаски должна равняться шагу нарезаемой резьбы.

Рис. 2.94. Часто встречающиеся конструкции наружных резьбовых поверхностей

Проточка канавок (рис. 2.94, а, б) на деталях с наружной резьбой является дополнительной технологической операцией и должна предусматриваться в чертеже при нарезании резьбы резцом и шлифовальным кругом; при нарезании резьбы на деталях из высокопрочных легированных сталей типа 40ХНМА, 30ХГСНА с последующей термообработкой и калибровкой. При изготовлении резьбы фрезерованием, нарезанием круглыми плашками и накатыванием целесообразно предусматривать сбег резьбы. На рис. 2.94, в приведен вариант резьбы, где вместо канавки предусмотрен сбег. Вариант наиболее технологичного изготовления резьбы способом накатывания, исключающим редуцирование стержня перед накатыванием, приведен на рис. 2.94, г. Средний диаметр резьбы примерно равен диаметру стержня. Шлифуемые диаметры должны быть больше диаметра резьбы. Это позволяет производить шлифование более производительными методами (рис. 2.95).

70

Рис. 2.95. Диаметр резьбы на шейке детали

На деталях, термически обработанных на прочность свыше σв = 1100 МПа, рекомендуется применять изотермическую светлую калку, исключающую операцию калибрования резьбы после термообработки. Внутренняя резьба При серийном производстве внутренние резьбы на материалах, термически обработанных на прочность не выше σв = 1100 МПа, рекомендуется изготовлять нарезанием метчиками (наиболее производительный способ) и гребенками, фрезерованием, а также нарезанием резцами на материалах, термически обработанных на прочность свыше σв = 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 производить до 30–33 мм номинального размера резьбы, большие диаметры желательно изготовлять предварительно резцом, а затем калибровать метчиком. Диапазон размеров внутренней резьбы, изготовляемой шлифованием, ограничивается существующим оборудованием. Шлифование для незакаленных деталей обычно не предусматривается.

Рис. 2.96. Часто встречающиеся конструкции внутренних резьбовых поверхностей

На рис. 2.96 показаны наиболее часто применяемые в конструк71

циях внутренние резьбовые поверхности (отверстия). На внутренних резьбовых поверхностях рекомендуется предусматривать заходную фаску, создающую благоприятные условия для работы режущего инструмента. В резьбовых отверстиях с несквозной резьбой, нарезаемой метчиком 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 инструмента (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 D (D – наружный диаметр резьбы). В глубоких отверстиях рекомендуется резьбу делать не длиннее 1,5–2 D, рассверливая остальную часть отверстия сверлом большего диаметра (рис. 2.96, д). 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 σв = 1100 МПа, внутреннюю резьбу по возможности нарезать до термообработки с последующим калиброванием после термообработки. Это вызывается причинами как технологического характера (трудностью изготовления резьбы), так и прочностного. Необходимо унифицировать размеры применяемых резьб по изделию в целом для уменьшения номенклатуры режущего и измерительного инструмента. Фасонные поверхности Фасонные поверхности тел вращения в большинстве случаев изготовляются 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 состояния станка. Для обеспечения благоприятных условий работы режущего инструмента углы α между осью вращения детали и касательной к образующей профиля не должны превышать 800 (рис. 2.97, а). При изготовлении фасонных поверхностей по копирам на точность обработки и шероховатость поверхности кроме точности копира влия72

ет также инерционность копировальной системы. Поэтому шероховатость обрабатываемой фасонной поверхности и точность обработки при изготовлении по копирам не превышают шероховатость и точность при изготовлении фасонным инструментом. Длина обрабатываемой фасонной поверхности практически ограничивается возможностями станка и устройством копировальной системы. Усилия резания примерно равны усилиям, возникающим при обработке детали обычным проходным резцом. При обработке по копиру углы α между осью вращения детали и касательной к образующей профиля не должны превышать величин, указанных на рис. 2.97, б. Углы α во всех случаях рекомендуется уменьшать.

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 проточку (рис. 2.98). Сплошная внутренняя сферическая поверхность нетехнологична. Для улучшения технологичности в детали рекомендуется предусматривать центральное отверстие или засверловку.

Рис. 2.98. Исполнение сферических поверхностей

Механически обрабатываемые фасонные поверхности следует четко отделять от других поверхностей. Для обработки галтели, сливаю73

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

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

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

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

2.3. 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 поворота, шпангоуты и рамы, длинномерные детали из прессованных профилей, 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, способствующими снижению трудоемкости изготовления таких деталей, является повышение технологичности геометрических форм обрабатываемых поверхностей, правильное назначение точности и шероховатости 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 размерам к готовой детали; – минимальное количество обрабатываемых поверхностей; применение лишь в исключительных случаях ступенчатых и фасонных отверстий, 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 поверхностей 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 теоретическому 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 контура, следует предусматривать технологические отверстия диаметром dmin, выбираемым из следующего ряда: G (мм): dmin (мм):

<100 Ø4

100–200 ø6

200–1000 Ø10

1000–2000 Ø16

>2000 Ø20

– конфигурацию детали компоновать из простых однотипных геометрических поверхностей, что упростит обработку деталей и облегчит применение станков с ЧПУ; – номенклатура крепежных отверстий и резьб должна быть унифицированной и по возможности минимальной. Основные факторы, влияющие на технологичность механообрабатываемых 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 элементы 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 конструкции изделия до 2–4 %. Однако стоимость монолитных конструкций значительно выше, чем клепано-сборных, поскольку при их изготовлении много металла идет в отход, а для обработки заготовок приме75

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 фрезерования, позволяющим получать панели с любой схемой подкрепляющего набора. В то же время изготовление монолитных панелей из плит имеет 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 других механических операций; – сложность получения подкрепляющих ребер наиболее рациональных сечений – таврового и углового; – при резании в поверхностном слое возникают напряжения, ведущие (особенно в тонкостенных деталях) к короблениям и хлопунам, исправление которых весьма затруднительно, а иногда и невозможно; – наличие в конструкции больших перепадов толщины (толстые законцовки и тонкие полотна, ребра различной высоты, малые радиусы сопряжений), что значительно усложняет процесс правки и формообразования. При проектировании монолитных панелей, подлежащих изготовлению из плит или листа, необходимо учитывать следующие требования: – форму ребер жесткости следует задавать призматической; трапецеидальная или какая-либо другая, более сложная форма не рекомендуется; – 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 процессе механической обработки исполнители, стараясь избежать брака, стараются работать по верхнему пределу поля допуска; – при назначении шероховатости поверхностей панелей необходимо учитывать возможность применения упрочняющей обработки, которая улучшает шероховатость и увеличивает циклическую прочность деталей в 1,5–2 раза; – для панелей вафельного типа предусматривать одинаковые радиусы переходов в ячейках панели (рис. 2.101), а радиус R 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, предусматривать уступы, разделяющие поверхности, обрабатываемые на различных операциях (рис. 3.103);

Рис. 2.101. Радиусы переходов в ячейках, Рис. 2.102. Радиусы R сопряжения снижающие трудоемкость механической ребер для легкообрабатываемых обработки и затраты ручного труда деталей

– равный размер колодцев панелей по шагу продольного и поперечного 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 мм; допуск на толщину полотна назначать не менее 0,5 мм; – в местах обнижений на полотне с различными перепадами толщин в примечаниях к чертежу указывать «R – только для инструмента» (рис. 2.104);

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

77

ребер, снижающие трудоемкость механической обработки панели

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 уклоном; целесообразно проектировать ступенчатые переходы (рис. 2.106);

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 монолитные панели для конструкций, имеющих сложный продольный, поперечный 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 заготовок должны удовлетворять следующим требованиям: – обработке подвергается менее 30 % поверхности панели; 78

– поверхности со стороны ребер калибруются в штампах без дальнейшей механической обработки; – коэффициент использования металла должен составлять не менее 50–60 % от веса исходной заготовки; – допуск на толщину обшивки суммируется из допуска на штамповку и допуска на механическую обработку.

Рис. 2.107. Типичная панель, выполненная из горячештампованной заготовки

Панели из горячепрессованных заготовок Монолитные панели из заготовок, изготовленных горячим прессованием с помощью матрицы, рекомендуется применять для конструкций крыла, фюзеляжа и других агрегатов, имеющих продольный набор подкрепляющих ребер – стрингеров. В настоящее время освоены и выпускаютcя прессованные заготовки для монолитных панелей длиной 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 высокого коэффициента деформации (обжатия) при прессовании; – резкое сокращение объема механической обработки; – высокий коэффициент использования металла: вес готовых панелей составляет 70–80 % от веса исходной заготовки; – наличие постоянного сечения по всей длине заготовки, что упрощает правку и формообразование; – возможность получения подкрепляющих ребер таврового и других сечений, наиболее рациональных с точки зрения работы на сжатие; – получаемые при прессовании поверхности сложной конфигура79

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 механическую обработку и увеличивающие ее трудоемкость: – не обеспечивается требуемая точность по размерам между стрингерами; – наблюдается саблевидность стрингерного набора до 1 мм на 1 погонный метр длины панели. При проектировании панелей рекомендуется отдавать предпочтение профилям с сечениями 4–7 (рис. 2.108). Профили с сечениями 1–3 можно применять лишь в крайних случаях, т. к. имеющиеся на обшивке местные утолщения поверхности после формообразования обвода вызывают заметную огранку наружной поверхности.

Рис. 2.108. Профили прессованных панелей

Таблица 2.8 Рекомендуемые размеры прессованных панелей

80

Л

М

Не менее 4

Не менее 30

Не менее 6

Не ограничен

Не более 80

Не менее 3

Не ограничен

Не более 15000

Не менее 4

Не более 2000

Рекомендуемые размеры панели по сечениям, мм В Г Д Е Ж З И К Не ограничен

Б

Не менее 4

А

Технологичными являются панели, имеющие: – постоянное сечение по всей длине; – ребра стрингеров, на всей длине сохраняющие заданную в заготовке 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 является наиболее сложной частью панели. При обработке внутренней поверхности фрезерованием неизбежны зарезы и уступы, доводка которых чрезвычайно трудоемка. В случае необходимости обработки обшивки панели на клин рекомендуется фрезеровать ее со стороны обвода до формообразования. Допуск на толщину полотна для механической обработки должен быть не менее

+ 0,3

− 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 стабилизатора, механическая обработка которого включает зачистку поверхности обвода, фрезерование по периметру, фрезерование пазов под узел крепления и сверление отверстий для крепления обшивки.

81

2.109. Монолитный каркас стабилизатора, полученный литьем в землю

Примером наиболее технологичной конструкции является монолитное крыло, отлитое в виде одного целого агрегата способом направленно-последовательной кристаллизации (рис. 2.110).

Рис. 2.110. Монолитное крыло, полученное литьем методом направленнопоследовательной кристаллизации

Все поверхности отливки как внутренние, так и наружные выполнены по чертежу. Механическая обработка в этом случае сводится к обработке мест под узлы соединения и зачистке поверхности по наружному обводу. Ни операций сборки, ни операций сверления отверстий под детали для соединения половин крыла или крепления обшив82

ки не требуется. Крупногабаритные детали из алюминиевых и магниевых сплавов Технологичность деталей, входящих в обвод фюзеляжа, в значительной степени зависит от геометрического построения контура фюзеляжа. Нетехнологичными являются контуры формы эллипса и контуры, построенные с помощью радиусов-векторов из двух и более центров. Форма поверхности в этом случае задается отдельными точками и участками дуг (рис. 2.111, а). На рис. 2.111, б показан контур носовой части фюзеляжа, построенный с помощью радиусов-векторов, причем центры правильных окружностей расположены не на строительной 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, входящие в обвод вертолета и имеющие простую форму тел вращения без уступов и проемов под остекление (сечение А-А, справа) на обрабатываемой 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 сложными и наименее технологичными в группе каркасных крупногабаритных деталей из магниевых сплавов (рис. 2.113, а). Козырек фонаря пилота, 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 пере83

менные малки.

Рис. 2.112. Пример технологичной конструкции каркаса

Для повышения технологичности деталей этого типа необходимо: – Перейти от криволинейной формы наружной поверхности к граненой, тогда боковые проемы будут представлять собой обычные плоские замкнутые контуры, обработка которых не является особо сложной. – Снять обработку с внутреннего криволинейного контура, а в случае внутреннего крепления установку стекла производить по наружному обрабатываемому контуру. – Поверхность основания двойной кривизны заменить плоскостью, т. к. крепление козырька производится во внутренней части фюзеляжа.

Рис. 2.113. Нетехнологичные конструкции козырька фонаря пилота

Технологичность деталей типа козырька пилота в значительной степени определяется их формой. На рис. 2.114 приведена технологичная конструкция козырька, у которого наружные стороны представляют собой плоские грани, а проемы для остекления – замкнутые контуры. 84

Рис. 2.114. Пример технологичной конструкции козырька фонаря пилота

Балки и лонжероны Балки и лонжероны представляют собой крупногабаритные длинномерные силовые детали коробчатой формы, таврового, полутаврового, 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 внутренних напряжений. Коробление деталей проявляется в форме хлопунов, прогиба и скрутки, значительно усложняя их изготовление и увеличивая объем правильных и слесарно-доводочных работ. В качестве исходных заготовок для балок и лонжеронов рекомендуется применять горячие штамповки, возможно более простой формы с минимальным количеством обрабатываемых поверхностей, для уменьшения объема механической обработки и получения коэффициента 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 соответствовать 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 обвод, а не ссылаться на шаблоны с плаза (рис. 2.115).

85

Рис. 2.115. Указание размеров для обеспечения удовлетворительной технологичности контура длинномерной детали

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

Рис. 2.116. Задание допуска на малку вдоль длинномерной детали, повышающее технологичность ее изготовления

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

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 полкам должны быть с равным шагом и одного диаметра. Точность обработки диаметральных размеров должна быть не выше 9-го квалитета. 86

Рис. 2.118. Рациональное размещение приливов и поперечных усиливающих 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 оговаривается в чертеже!) позволяет снизить величину поверхностных микронеровностей и увеличить циклическую прочность детали в 1,5–2 раза. Поверхность основания проушин следует выполнять прямолинейной (рис. 2.120). Точность обработки по ширине проушины назначать не выше 11-го квалитета. Рис. 2.119. Рациональное назначение шероховатости сопрягаемых поверхностей

Рис. 2.120. Рациональное конструирование основания проушин

При необходимости расположить отверстия в балке под углом целесообразно выполнить балку расчлененной с вклепанными или приваренными узлами (рис. 2.121). Рис. 2.121. Расчлененная балка с вклепанными или приваренными узлами

87

Детали узлов поворота В узлах поворота наибольшую трудоемкость по механической обработке представляют силовые детали – панели и балки (лонжероны), которые изготавливаются из стали марок 30ХГСНА, 40ХНМА, ВНС-2 и ВНС-5. Исходными заготовками являются горячие штамповки, плиты и поковки. Кроме общих, перечисленных выше, технологические требования к деталям узлов поворота следующие. Конструкции узлов поворота должны быть максимально сборными или сборно-сварными, поверхности их не должны доводиться методом шлифования, хонингования и другими финишными операциями. Все фасонные поверхности (шлицы, шпоночные канавки и др.) необходимо проектировать на отдельных небольших деталях, которые впоследствии войдут в общую конструкцию узла. Шпангоуты, рамы и их детали Шпангоуты и рамы могут проектироваться и изготовляться монолитными, сборными и сборно-сварными. Материалом для них, в основном, служат сталь, титановые и алюминиевые сплавы. В качестве заготовок чаще всего используются штамповка и плита. На рис. 2.122 показана технологичная конструкция шпангоутов. В качестве исходной заготовки в данном случае предусмотрено цельнокатаное профилированное кольцо со стыковой сваркой в одном месте. Рис. 2.122. Пример технологичной конструкции шпангоута, изготовленного 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 88

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.

Рис. 2.123. Пример нетехнологичной конструкции шпангоута

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) обусловлена тем, что высота полок 1, 2 неодинакова. Это требует создания дополнительных технологических приливов по торцам полки 2 для обеспечения технологической базы. Одна из полок конусная с изменением от 3 до 1,2 мм на длине 33 мм. Для выполнения конусности требуется дорогостоящее специальное оснащение. В технологичном вари89

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

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 поверхностей, обрабатываемых на разных операциях, рациональное назначение точности и шероховатости, применение операции поверхностного упрочнения) 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).

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 правило, прессованные профили разнообразных форм, в том числе профили с продольными отверстиями малого диаметра; простые профили переменного сечения, прессуемые без припусков на механическую обработку; профили с законцовками, требующими механической обработки только законцовок как из стальных, так и цветных сплавов. Применяются также сложные специальные профили из легких сплавов. Применение прессованных профилей снижает объем механиче90

ской обработки в 3–5 раз и уменьшает отходы металла. Требования к технологичности отдельных элементов деталей состоят в следующем. Изменение размеров по сечениям деталей должно быть постепенным, 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 детали были одинаковыми. При переменном сечении полок стрингеров следует предусматривать изменение сечения за счет наружной поверхности, 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 поперечных элементов в виде стенок и ребер жесткости. Такие конструкции требуют большого объема механической обработки. У деталей типа лент и поясов следует предусматривать одну гладкую базовую плоскость. Лонжероны лопастей несущего винта вертолета, также изготавливаемые из прессованных профилей переменного сечения (сплав АВ), являются наиболее сложными в технологическом отношении особо ответственными деталями, конструкция которых и все требования технологичности подчинены требованиям надежности и функциональности. Для их выполнения при производстве лопастей разрабатывается уникальное технологическое оборудование. Поэтому улучшение технологичности механической обработки лонжеронов может рассматриваться только в плане усовершенствования технологических процессов и оборудования для их реализации. Фитинги и кронштейны Для механической обработки фитингов и кронштейнов применяются, как правило, станки с программным управлением. Общие требования по технологичности приведены выше. Специфические требования по технологичности деталей типа фитингов и кронштейнов состоят в следующем. Конфигурация детали должна быть скомпонована из простых однотипных геометрических поверхностей, что значительно упростит ее обработку на станках с ЧПУ. Сопряжение наружных и внутренних стенок обрабатываемых контуров должно производиться единым, типовым для данного контура радиусом Rтип (рис. 2.127, а). При назначении радиуса сопряжения Rтип 91

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

а

Рис. 2.127. Унификация размеров сопряжений, уменьшающая количество типоразмеров инструмента и снижающая трудоемкость обработки

б

При назначении радиуса сопряжения поверхностей следует принимать во внимание обеспечение необходимой жесткости инструмента, выдерживая соотношение Rтип/H>1/5–1/6 между радиусом сопряжения Rтип и высотой стенок H обрабатываемого контура (рис. 2.128). При назначении радиусов сопряжения должно быть также выполнено 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 плоскости детали, ограниченной контуром (дна колодца). Необходимо избегать соотношения Rтип = rтип, требующего применения шаровидных фрез (рис. 2.129). Значительное повышение трудоемкости и усложнение вызывает обработка малок, особенно закрытых. Поэтому следует по возможности избегать применения стенок с механически обрабатываемыми уклонами (рис. 2.130, а). Для изготовления фитингов с закрытыми мал92

ками используются специальные фрезы «колоколом», оставляющие около стенок необработанный участок поверхности, который можно обработать только вручную (рис. 2.130, б). Рис. 2.128. Радиусы сопряжений стенок, выбранные с учетом жесткости инструмента

Рис. 2.129. Радиусы сопряжений стенок и дна, согласованные с диаметром инструмента

б

а

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

93

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

а

б 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.

Рис. 2.132. Выполнение излома в углу закрытой малки, позволяющее выполнить механическую обработку нетехнологичного фитинга

В ряде случаев определяющим фактором улучшения технологичности является правильный выбор метода получения заготовки для кронштейна или фитинга. Фитинги, имеющие открытое сечение, целесообразно 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 холодной штамповки вместо механической обработки из горячештампованных заготовок.

94

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 изготовлять из горячештампованных заготовок, т. к. облегчения между ребрами не проштамповываются и требуют трудоемкой механической обработки. Рекомендуется для фитингов таких типов предусматривать заготовки из литья.

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

На рис. 2.135 представлена деталь, которую целесообразно проектировать сварной, если по условиям прочности нельзя изготовить литой. Это значительно снижает расход металла и уменьшает трудоемкость изготовления.

95

Рис. 2.135. Пример рационального использования сварной заготовки

При проектировании проушин и узких пазов необходимо предусматривать выход фрезы и возможность фрезерования на проход. Различное оформление дна проушины (рис. 2.136, а) и паза (рис. 2.136, б) обусловлено тем, что в технологичном варианте фрезерование проушины на проход устраняет необходимость подъема стола, а технологичная конструкция дна длинного узкого паза (б) облегчает выход дисковой фрезы.

а

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 следующим элементам конструкции: 96

– основание проушины представляет собой криволинейную поверхность, образуемую сопряжением радиусов R = 150 и R = 232 мм; – наружные плоскости проушин 95h11 и 90h11 должны быть обработаны по всей поверхности между ребрами жесткости (разрез Б - Б); – продольные и поперечные ребра жесткости в сечении В – В образуют 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.

а

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 R = 150 мм, образуемым дисковой фрезой; – размер 95 h11 относится только к торцам бобышек (разрез А – А); – в конструкции предусмотрено только одно продольное ребро жесткости, не имеющее колодцев; – предусмотрены необрабатываемые поверхности и штамповочные уклоны. Кронштейн измененной конструкции может быть изготовлен из горячештампованной заготовки с коэффициентом использования метал97

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 высококачественно дисковыми фрезами. Закрытые пазы более технологично выполнять 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.

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

В отверстиях кронштейнов следует избегать фасок с внутренней стороны 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 отвер98

стий. Изменение формы этих выемок на цилиндрическую позволяет заменить трудоемкое фрезерование фрезой малого диаметра обработкой зенкерованием. Рис. 2.139. Нетехнологичность конструкции кронштейна, обусловленная наличием закрытых фасок отверстий

Рис. 2.140. Изменение формы выемок для замены фрезерования более производительным зенкерованием

Аналогично этому для применения производительного процесса торцевого фрезерования целесообразно предусматривать в конструкциях кронштейнов и фитингов большее количество открытых бесступенчатых плоскостей. Конструкция фитингов и кронштейнов может быть весьма сложной, причем для облегчения детали этого типа имеют различные выборки, затрудняющие базирование при обработке. При отсутствии необходимых конструктивных элементов, которые могли бы быть использованы для базирования (протяженных плоскостей – установочной базы, классных отверстий – двойной опорной или двойной направляющей базы и т.п.) в заготовке необходимо предусматривать временные технологические базы (платики, поверхность которых образует плоскость, отверстия), удаляемые после завершения механической обработки. Рычаги и качалки Детали данного типа изготавливаются из стали, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Основными видами заготовок для рычагов и качалок являются штамповки и литье. Однако заготовки для рычагов и качалок сложной конфигурации, например, из труднообра99

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 обработки.

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 может 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 разных 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 обработки набором стандартного режущего инструмента на проход 100

(рис. 2.143).

Рис. 2.142. Образование уступа между обрабатываемыми и необрабатываемыми поверхностями

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, оснащенные специальными приспособлениями.

Рис. 2.144. Исключение канавки в отверстии рычага

Отверстия в рычагах и качалках под подшипники следует проектировать 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. Ушковые и вильчатые элементы в конструкциях рычагов и качалок также необходимо унифицировать с целью применения универсальной переналаживаемой технологической оснастки и высокопроизводительного оборудования (горизонтально-фрезерные и протяжные станки).

101

Фланцы и крышки Фланцы и крышки изготавливают из черных и цветных металлов. В качестве исходных заготовок применяются горячие штамповки, отливки, прутки, трубы и др. Фланцы и крышки сложных форм целесообразнее выполнять из отливок, полученных, в частности, методами точного литья. Некоторые типы фланцев и крышек лучше проектировать сварными или изготовленными из листа методом холодной штамповки (рис. 2.145).

а

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

Для снижения трудоемкости цековку отверстий на торце фланца и крышки следует заменять сплошной подрезкой торца. У фланцев втулок ступенчатой формы цилиндрические поверхности должны по возможности располагаться в порядке возрастания размеров от одного торца к другому (рис. 2.146, а); радиусы в местах сопряжений ступенчатых цилиндрических поверхностей рекомендуется делать одинаковыми (рис. 2.146, б); что уменьшает номенклатуру применяемого режущего инструмента. 102

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 отверстия с учетом заборной части инструментов.

а

б

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

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 выточек. Это обеспечивает безударную работу инструмента и уменьшает частоту его поломок (рис. 2.148).

103

Рис. 2.148. Выточки в шлицевых отверстиях, ухудшающие качество обрабатываемой поверхности и приводящие к поломке протяжного инструмента

2.4. Пример анализа технологичности особо ответственной детали вертолета Проанализируем с точки зрения технологичности деталь «Фитинг» (рис. 2.149). Наличие карманов, колодцев, ребер жесткости, сложного контура, классного и большого числа крепежных отверстий делают предпочтительной обработку детали на станках с ЧПУ. Рассмотрим размерное описание детали. Согласно техническим условиям на деталь теоретический контур следует брать по шаблонам, снятым с плаза. Но для программирования УЧПУ необходимо знать координаты всех точек контура относительно заданных баз. Отсутствие этих размеров делает необходимым пересчет кривых, снятых с шаблонов, в координаты опорных точек и параметры соединяющих их сплайнов (в зависимости от применяемого типа интерполяции), отработка которых заложена в УЧПУ. Измерение размера 48 между центром отверстия ∅41 и осью шпангоута 3Н затруднительно, т. к. он проставлен от не существующей на детали поверхности. В сечении Д – Д дан размер, указывающий толщину стенки. Этого недостаточно – должен быть показан размер всех её частей, а не только крайней левой части. Указание технических условий о необходимости брать теоретический контур по шаблонам, снятым с плаза, следует пересмотреть, рассчитать координаты опорных точек, уравнения кривых между ними и описать их теми функциями, которые имеются в применяемой системе управления ЧПУ (линейная, круговая или параболическая интерполяция). Рассмотрим конструкцию детали с точки зрения технологии обработки. Деталь имеет сложную форму. Средняя часть детали жесткая с центральным классным отверстием ∅41. Отверстие сквозное, l/D = 2, точность – 8-ой квалитет, шероховатость поверхности Ra1,6. Точность и шероховатость отверстия обеспечиваются стандартными технологическими приемами. Отверстие ∅41 может быть использовано в качестве центрирующей (двойной опорной) базы, лишающей заготовку двух степеней свободы. Оно же может быть использовано и в качестве двойной направляющей базы (4 степени свободы), т. к. l/D = 2. Вопрос об использовании её в качестве той или иной базы надо решать при проектировании технологического процесса в конкретных условиях.

104

Рис. 2.149. Эскиз фитинга Если использовать схему базирования «установочная база – двойная опорная база – опорная база» (на плоскость и два отверстия), то в 105

качестве установочной базы может быть использована поверхность А, лишающая заготовку трех степеней свободы. Недостатком этой поверхности является малая толщина, что наложит ограничения на режимы обработки, усложнит схему приложения зажимного усилия из-за недопустимости возникновения деформаций под действием сил зажима. Двойной опорной базой (лишает двух степеней свободы) может служить отверстие Б. Удобной точки в детали для лишения шестой степени свободы нет, т. к. все поверхности требуют обработки. В качестве такой точки можно было бы выбрать поверхность колодца, но он расположен очень близко к центральному отверстию. Эта особенность конструкции ухудшает технологичность детали. В данном случае следует создать искусственную технологическую базу – точку, возможно дальше удаленную от двойной опорной базы – отверстия Б. Для этого можно выполнить второе базовое отверстие на центральной оси симметрии детали над радиусной выкружкой R50. Таким образом будет материализована стандартная схема базирования, характерная для корпусных деталей: базирование детали по плоскости А и двум отверстиям – на один цилиндрический и второй срезанный пальцы. После обработки искусственная технологическая база легко удаляется фрезерованием с образованием свободной несопрягающейся поверхности R50. С точки зрения обеспечения геометрической точности обработка наружного контура детали не представляет затруднений, т. к. контур образован радиусными и прямолинейными участками. Однако толщина фрезеруемого контура накладывает дополнительные ограничения на режимы фрезерования, повышает требования к качеству заточки, тщательности наблюдения за износом инструмента и своевременностью его замены. Увеличение сил резания может привести к смятию кромки контура и образованию больших заусенцев. Этот факт ухудшает технологичность обработки наружного контура детали. Наличие глухого колодца глубиной 45 мм без свободного входа инструмента требует дополнительного сверления отверстия для входа фрезы. Кроме этого, на чертеже детали не указан радиус сопряжения боковых стенок с дном колодца. Этот элемент детали также является не технологичным. Боковые поверхности карманов (полостей между ребрами) являются не технологичными ввиду того, что фрезерование с глубиной >80 мм представляет определенные трудности. Дополнительно это осложнено малой толщиной ребер – 4 мм. Крепежные отверстия ∅ 2,5 в малке (вид не показан) не перпендикулярны её поверхности. Это вызовет затруднения при сверлении, т. к. необходимо применение специального кондуктора, предотвращающего увод и поломку сверл. В детали отсутствует симметричность правой и левой частей, что 106

также нетехнологично. Малая толщина плоскости А может привести к короблению детали. Поэтому при отработке технологического процесса необходимо строго следить за назначением режимов обработки, износом инструмента и схемой закрепления детали. Для предотвращения возникновения изгибающего момента от сил зажима, надо обеспечить точное приложение векторов зажимного усилия к опорным точкам. Рихтовка заготовки после штамповки нежелательна, т. к. создаст внутренние напряжения в детали, проявляющиеся в форме коробления при дальнейшей механической обработке. Материал детали после термической обработки и старения хорошо обрабатывается с возможностью получения при резании лезвийным инструментом шероховатость Ra1,6. В целом о детали можно сказать, что она нетехнологична, что обусловлено не повышенными требованиями к точности, а сложностью конструктивной формы. Технологический процесс механической обработки данной детали может быть построен в соответствии с типовым технологическим процессом обработки корпусных деталей. На универсальных станках необходимо подготовить технологические базы. Установочная база – поверхность А – должна быть обработана тонким фрезерованием и проверена на плоскостность согласно чертежу. При этом зажимное приспособление должно обеспечить минимум силового воздействия на деталь. На следующей операции необходимо обработать центральное отверстие по 8 квалитету и второе базовое отверстие. Количество этапов обработки центрального отверстия выбирается согласно рекомендациям, изложенным в разд. 4: сверление, рассверливание и двукратное развертывание. Дальнейшая обработка должна производиться на фрезерном станке с ЧПУ.

ЛИТЕРАТУРА 1. Далин В.М., Михеев С.В. Конструкция вертолетов. М., Изд. МАИ, 2001. – с.350 2. Дальский А.М., Суслов А.Г., Косилова А.Г. и др. Справочник технолога-машиностроителя. Т.I. М., Машиностроение, 2000. – с. 941. 3. Рекомендации по технологичности самолетных конструкций. Под ред. С.М. Лещенко, М, НИАТ, 1972, 642 с. 107