Юликов М.И. и др. Проектирование и производство режущего инструмента

Подождите немного. Документ загружается.

дирования технологической оснастки (СККТО). Они основываются

на общесоюзных классификаторах (ОКП, класс 39), общесоюзных

нормалях машиностроения (МН74—59 и др.), на множестве име-

ющихся отраслевых СККТО, либо, наконец, на специальной для

данного предприятия СККТО. По мере внедрения и усовершенст-

вования САПРИ, САПР ТПИ, а также АСУП часто возникает

необходимость перекодирования, что при большой номенклатуре

РИ может превысить реальные возможности предприятий.

В тех случаях, когда изготовляется инструмент, на который

на данном заводе отсутствует типовая технология, в исходные

данные включаются параметры изготавливаемого режущего ин-

струмента. В САПР ТП «ОИЗ» такие данные вводятся для ин-

струментов, изготавливаемых по чертежам заказчика (см. рис. 4.7).

Возможность проектирования техпроцесса изготовления не только

унифицированного, но и специального инструмента, предусмот-

ренная в некоторых системах, делает их более универсальными,

хотя усложняет алгоритм и программу.

Определение структуры и параметров техпроцесса (2-й и 3-й

этапы) осуществляется в большинстве систем сначала для маршрут-

ной, а затем для операционной технологии.

В САПР ТПИ для изготовления круглых и шлицевых протя-

жек (рис. 4.8), разработанной в ИТК АН БССР, получение мар-

шрутной технологии осуществляется путем выбора операций из

комплексного типового технологического процесса (КТТП). Под

КТТП понимается набор операций, с помощью которых можно

обработать любую данного типа протяжку (круглую, шлицевую)

или прошивку. Для получения КТТП базовый ТП, после соот-

ветствующего анализа изготовляемых конструкций РИ и техно-

логических возможностей предприятия, дополняется необходи-

мыми операциями и переходами. Комплексный маршрут представ-

ляет набор операций Q

(Л

; k = 1, .... т), i = 1, .... /, где

Qi — t-я операция; П

— k-й переход. Поиск технологического

маршрута для конкретного инструмента осуществляется методом

логического пересечения. На основе таблиц соответствий [таблиц

принятия решений (ТПР)], учитывающих конструктивные, тех-

нологические и организационные факторы (г/, j = 1, л),

в результате логического пересечения заданных условий с ТПР

комплексного маршрута (КТПП) определяется совокупность опе-

раций Qt и переходов I7

, необходимых для изготовления данного

инструмента.

Особенностью системы САПР ТПИ «ОИЗ» является примене-

ние различных методов проектирования ТП для унифицированных

РИ, изготавливаемых по чертежам «ОИЗ», и для тех же типов

РИ, но изготавливаемых по чертежам заказчика (рис. 4.9). В пер-

вом случае проектирование осуществляется на основе типовых

технологических процессов. При этом по условному обозначению

РИ, приведенному в исходных данных, с носителя памяти ЭВМ

считывается соответствующий типовой техпроцесс. Его доработка

240

Действующие

на заводах

технологи ческие

процессы (ТП)

определенной

классификационной

группировки

Входные данные

технико-экономической /

оценки вариантов

обработки

Дополнительная

нормативная

информация

входные данные

этапа

проектирования

Библиотека модулей САПР ТПИ

Анализ структур

Wi и ТП

Синтез КТТП

il + =и

Формирование ПВД

Анализ структур

КТЩиКТТП

к+7

Формирование ПВД

L-! ^.^=-„1

Выполнение техника -

экономической оценки

Модуль проектирования

ТП

КТТП с ПВД

Варианты

обработки с ПВД

Результаты

технако-

экономической оценки

Конкретные

ТП

Рис. 4.8. Схема САПР ТП протяжки (КТТП — комплексный типовой техноло-

гический процесс; ПВД —перечень входных данных)

САПР ТПИ «ОИЗ»

Обслужи-

вающие

подсистемы

Подсистема

«Диспетчер»

Информацион-

но-поисковая

система «Архив»

Подсистема

«Документ»

Подсистема

стыковки

с АСУП

Подсистемы проекти-

рования техпроцессов

унифицированных РИ

на базе типовых ТП

Сверл

Зенкеров

—I Разверток

Зенковок

— Метчиков

Резцов

Проектирующие

подсистемы

Подсистема проекти-

рования техпроцессов

специальных РИ на

основе индивидуаль-

ного проектирования

Сверл

Зенкеров

Разверток

Зенковок

Метчиков

Резцов

Рис. 4.9. Структурная схема САПР ТПИ «ОИЗ»

для конкретного размера данного унифицированного инструмента

заключается в основном в уточнении технологических переходов

в операциях и определении типоразмеров, марок и кодов обору-

дования и оснастки, режимов обработки и норм времени.

Во втором случае, т. е. для изготовления специальных РИ,

для которых на заводе-изготовителе нет маршрута, используется

метод индивидуального проектирования ТП. При этом алгоритм

проектирования предусматривает наличие формул для определе-

ния структуры и параметров техпроцесса с учетом переменных

параметров РИ. Основными документами, которые выдаются в ре-

зультате автоматизированного проектирования (4-й этап), явля-

ются маршрутные и операционные карты, выполняемые в соответ-

242

4.8. Алгоритм формировании технологических переходов

для операционной карты (САПР ТПИ «ОИЗ»)

Сменный инструмент

Содержание перехода

Исполнительные

иэме-

пере-

Содержание перехода

размеры

вспомогательный рн-

хода

размеры

РИ

тель-

ный

Установить деталь в

N = ТАБЛ 1 (3)

Оправка

тисках

N = ТАБЛ 1 (3)

6222—0039

Фрезеровать поверх-

#! = ТАБЛ 1 (1)

Фреза

ность, выдержать раз-Пред. откл.

2214—0005

мер Hi ТАБЛ 1 (2)

TI5K6

мер Hi ТАБЛ 1 (2)

ГОСТ 24359—80

ствии с требованиями ЕСТД. Кроме того, выдаются нормативы

трудоемкости и заработной платы, ведомости оснастки и инстру-

мента и др.

В основе работы имеющихся САПР ТПИ лежит использование

алгоритмов в форме таблиц принятия решений (ТПР) и решение

с их помощью задачи типа «поиск».

Например, алгоритмы формирования технологических перехо-

дов в САПР ТПИ «ОИЗ» содержат конкретные значения струк-

туры и параметров операций или формулы (табл. 4.8). «Формула»

= ТАБЛ 1 (1) означает, что величина Н

находится в табл. 1

в 1-й графе.

Структурные схемы САПР ТПИ включают обслуживающие и

проектирующие подсистемы. Первые предназначены для реализа-

ции процесса проектирования с использованием ЭВМ. В САПР

ТПИ «ОИЗ» (см. рис. 4.9) обслуживающая подсистема «Диспетчер»

дополняет и корректирует базовые данные: добавляет или устра-

няет операции в типовых процессах, добавляет новые исполнения

инструментов и т. п. Информационно-поисковая система «Архив»

позволяет производить обработку информации, представленной

в форме ТПР: ввод в оперативную память, запись на диск, считы-

вание из информационного фонда, корректировка. Подсистема

«Документ» обеспечивает печатание выходной документации: карт

техпроцессов, ведомостей и др. Подсистема стыковки САПР ТПИ

с АСУП осуществляет формирование информации, используемой

в АСУП.

Проектирующие подсистемы обеспечивают получение информа-

ции, необходимой и достаточной для формирования всей выходной

технологической документации. В САПР ТПИ «ОИЗ» эти под-

системы соответствуют унифицированным или специальным РИ

различных типов (см. рис. 4.9).

Информационная база системы «ОИЗ» включает базовые,

вспомогательные данные, таблицы параметров, общие и специаль-

243

ные таблицы. Базовые данные отражают все сведения, одинаковые

для всех РИ, охватываемых типовым техпроцессом. Например,

если все РИ данного типа изготовляются из одного материала или

режимы резания (глубина, скорость) рассчитываются по одной

формуле, то они являются одинаковыми сведениями для всех РИ.

Элементы базовых данных записываются сначала для всей техно-

логической подготовки производства (из заголовка маршрутной

карты), затем отдельно по каждой операции. В зависимости от вида

технологической операции базовые данные на операцию представ-

ляются различным количеством массивов. Например, для опера-

ции механической обработки т = 16. В частности, первый массив

содержит сведения операции, печатаемые в маршрутной карте:

1 — количество переходов в операции; 2 — номер цеха; 3 — но-

мер участка; 4 — номер операции; 5 — код наименования опера-

ции; 6 — количество предложений, описывающих содержание

операций; 7 — код модели оборудования; 8 — коэффициент штуч-

ного времени; 9 — код профессии; 10 — количество рабочих опе-

раций; 11—разряд работы;...; 17 — подготовительно-заклю-

чительное время; 18 — штучное время.

Любой массив Mk характеризуется номером k и количеством

элементов a

, входящих в массив; каждый элемент a

характери-

зуется номером k массива и порядковым номером i элемента внутри

массива. Для приведенного выше первого массива k = 1; i —

= 1-18.

На месте каждого элемента в базовых данных находится число.

В зависимости от его значения оно либо соответствует численному

значению элемента, либо является его кодом, либо указывает,

содержится ли значение данного элемента в таблице параметров

или вычисляется по формуле. Для организации вычислений по

формуле служат вспомогательные данные, указывающие номер

формулы и исходных данных для вычислений.

В общих таблицах собраны все сведения о типовых техпроцес-

сах, имеющие текстовый характер. Каждому типу текста, напри-

мер, названиям операций, наименованию оборудования или ин-

струмента, соответствуют разные таблицы, например, таблица

названия операций:

Код Навмевованне операции

1 Токарная

2 Специальная токарная (ЧПУ)

3 Токарио-винторезная

80 Координатно-расточная

Язык общения САПР ТПИ имеет важное значение с точки

зрения простоты эксплуатации системы технологом и возможности

ее корректировки. В системе «ОИЗ» задания, которые должна

выполнить система, описываются в форме утверждений, отражаю-

щих содержание этого задания. Такое построение языка делает

его достаточно наглядным.

244

Например, задание, заключающееся в том, чтобы ввести в об-

щие таблицы обозначение режущих инструментов по

ГОСТ 24359—80 вместо обозначений по ГОСТ 8529—69, записы-

вается так:

КОРРЕКТИРОВКА ОБЩИХ ТАБЛИЦ

ЗАМЕНИТЬ СИМВОЛЫ ГОСТ 8529—69 В ТАБЛ

ГОСТ 24359—80

КОНЕЦ ЗАДАНИЯ.

Представляет интерес определенный опыт, накопленный в

ПНР. Институт обработки резанием ПНР (г. Краков) разработал

систему проектирования технологических процессов изготовления

концевого инструмента (рнс. 4.10).

Работы велись на основе исследований, проведенных ИТК

АН БССР. При осуществлении таких

работ можно использовать два метода:

типовых процессов и многократного син-

теза. Первый метод является более про-

стым при реализации, но не является

универсальным, так как пригоден лишь

для определенных групп деталей и типо-

вых процессов. Второй метод используется

с целью создания универсальной модели

разработки технологического процесса.

В данной системе используется второй

метод и основу составляют два множества:

а) операций; б) приемов. Последователь-

ность действий указана на рис. 4.10. Вы-

бор операции и рабочих мест для их осу-

ществления начинается с последней опе-

рации с последующим переходом к на-

чальным операциям вплоть до первой.

4.5. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РИ

Краткое содержание основных на-

правлений развития технологии изготов-

ления РИ изложено ниже по схеме, пред-

ставленной на рис. 4.11.

Рис. 4.10. Схема САПР ТПИ

мента:

концевого ннстру-

/ — начало проектирования; 2 — выбор операции; 3 —

выбор перехода; 4 — выбор рабочего места; 5 — выбор

инструмента; 6 — выбор крепления; 7 — выбор измери-

тельных устройств; В — операция формообразования;

9 — выбор параметров резания; 10 — выбор времени об-

работки; // — верно ли выбраны переходы? 12 — верно

ли выбраны операции?; 13 — конец проектирования

24Е

Основные направления развития

технологии РИ

Совершенствование процессов

изготовления РИ

Механизация и автоматизация

технологии изготовления РИ

Заготовитель-

ные операции

(включая изго-

товление биме-

таллического

РИ)

Механи-

ческие

операции

Терми-

ческие

операции

Операции

шлифо-

вания

и затачи-

вания

Рис. 4.11. Направления развития технологии

производства режущего инструмента

Операции

облагоражи-

вания и

упаковки РИ

Заготовительные операции (включая изготовление биметал-

лического РИ). Основное направление совершенствования этих

операций — изготовление заготовок, приближающихся по форме

и размерам к готовым РИ. Это обеспечивает не только снижение

расхода дорогостоящих и дефицитных инструментальных материа-

лов и увеличение производительности труда, но и улучшает ка-

чество инструмента за счет повышения его прочности и стойкости.

Например, в случае производства сверл используется про-

дольно-винтовой прокат. Внедрение горячего прессования сверл

0 45—80 мм и концевых фрез 0 18—36 мм обеспечивает экономию

быстрорежущей стали до 50 % по сравнению с фрезерованием

и до 20 % по сравнению с секторной прокаткой сверл. Горячее

прессование позволит также более производительно осуществить

изготовление спиральных сверл с внутренним подводом СОЖ.

Радиальная штамповка заготовок метчиков (до 75 %) и безоб-

лойная штамповка заготовок резцов и насадного РИ (торцовых

фрез, долбяков и др.) вместо свободной ковки обеспечивают эко-

номию металла на 25—50 % и снижают трудоемкость последующих

токарных операций примерно на 20 %, улучшая структуру ме-

талла.

Эффективным направлением экономии быстрорежущей стали

является использование технологических процессов изготовления

биметаллического режущего инструмента. В этом направлении

необходимо и дальше совершенствовать операции сварки и на-

пайки; получать точные сварные заготовки (в том числе с помощью

диффузионной сварки); осваивать производство конструкций с кле-

еной режущей частью (развертки, зенкеры, расточные резцовые

вставки, мелкомодульные червячные фрезы с твердосплавными

246

пластинами и др.)." осваивать электроконтактную наплавку режу-

щей части таких инструментов, как дисковые отрезные и прорез-

ные фрезы, сегменты отрезных пил, развертки, метчики и др.

Анализ промышленного внедрения технологии склеивания

РИ, проведенный во ВНИИ, показал, что возможно сокращение

расхода дефицитных инструментальных материалов на 50—80 %,

исключение трещинообразования, снижение себестоимости изго-

товления инструмента на 15—25 % за счет исключения операций

отжига, удаления грата и наплывов припоя и др. При переводе пая-

ных и сварных конструкций (там, где это целесообразно) на клее-

ную иногда увеличивается стойкость РИ

1,3—1,5

раза

по

сравне-

нию с паяным и сварным за счет сохранения исходных режущих

свойств инструментальных материалов.

Использование технологического про-

цесса изготовления биметаллического

РИ на основе электроконтактной наплавки.

Отличительной особенностью этого процесса является нагрев при-

садочного материала и приконтактного объема металла заготовки

импульсами электрического тока и их совместная пластическая де-

формация. По данным ВНИИ, суммарное повышение трудоемкости

изготовления биметаллического инструмента с использованием

данного метода по сравнению с производством цельного РИ

не превышает 20 %, а экономия быстрорежущей стали составляет

80—85 %.

В перспективе возможно получение биметаллического РИ из

стружки и кусковых отходов быстрорежущей стали. Существу-

ющая схема утилизации отходов, включающая два металлурги-

ческих передела в электродуговых печах (выплавка шихтовых за-

готовок и выплавка марочного металла), приводит к потере в виде

окислов и пыли более 20 % металла, а выход годного составляет

50 %. При переработке каждой тонны стружки (по данным ВНИИ)

теряется около 30 кг вольфрама, 30 кг молибдена и 20 кг ванадия.

Поэтому желательно использовать электрошлаковую технологию,

т. е. непрерывное плавление исходного металла в перегретом шлаке

с одновременным наращиванием получаемого слитка. Возможен

и другой путь — производство РИ из стружки, исключающий ме-

таллургический передел — технология порошковой металлургии.

В области совершенствования операции «пайка—закалка» предпо-

лагается использование высокопрочных порошковых припоев.

Затачивание РИ алмазными и эльборовыми кругами. Повыше-

ние производительности и качества при затачивании РИ связано

с использованием кругов из синтетических алмазов и эльбора.

Электроалмазное затачивание твердосплавного инструмента обе-

спечивает повышение производительности в 8—10 раз с одновре-

менным повышением качества обработанной поверхности и по-

вышением стойкости РИ. При шлифовании и затачивании быстро-

режущего инструмента удалось обеспечить низкую шероховатость

(ниже Ra = 0,32 мкм) в бесприжоговом режиме.

247

Применение скоростного и глубинного шлифования алмазными

и эльборовым кругами позволяет повысить производительность

труда при бесцентровом шлифовании и резьбошлифовании на

15—20%, при абразивной отрезке — на 30—45 %, при затачивании

сверл из быстрорежущих сталей в

3,—3,5

раза, а при вышлифовке

стружечных канавок заменить операцию фрезерования и повы-

сить производительность труда в 4 раза.

Для расширения области применения скоростного и глубин-

ного шлифования необходимы дальнейшие исследования в обла-

сти использования СОЖ и систем их подачи в зону резания, улуч-

шения качества шлифовальных кругов и станков.

Химико-термическая обработка и нанесение износостойких

покрытий. При изготовлении быстрорежущего РИ получили

применение различные способы химико-термической обработки.

Азотирование, нитрирование — диффузионное насыщение по-

верхностного слоя (0,2—0,8 мм) изделия в среде аммиака или

в расплаве солей на основе карбамида (жидкостное азотирование)

при температуре 500—650 °С. В результате азотирования повы-

шаются твердость, износостойкость, коррозионная стойкость и

сопротивление усталости.

Борирование — насыщение поверхности изделия из стали бо-

ром для повышения твердости (до 1400HV), теплостойкости,

износостойкости и коррозионной стойкости.

Алитирование (алюминирование) — насыщение поверхност-

ного слоя изделия алюминием на глубину 0,02—1,2 мм для повы-

шения теплостойкости (красностойкости).

Сульфидирование—поверхностное насыщение стальных деталей

серой для повышения износостойкости и предупреждения задиров.

Фосфатирование — химический процесс образования на по-

верхности стальных изделий тонкого слоя фосфатов (солей фос-

фатных кислот), предохраняющего от коррозии.

Электрофизические методы нанесения покрытий» Поверхность

инструмента (режущие пластины) покрывается износостойкими

пленками высокопрочных материалов (карбидов или нитридов ти-

тана, карбидов молибдена и др.) методом конденсации вещества

из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки или газо-

фазным методом (применяется для покрытия твердосплавных пла-

стин).

В последние годы получили распространение ионные методы

нанесения износостойких покрытий; реактивный электронно-плаз-

менный (РЭП), катодного расплавления, метод конденсации с ион-

ной бомбардировкой (КИБ).

В нашей стране проводятся широкие исследования, направлен-

ные на создание установок и совершенствование метода КИБ.

В ближайшее время необходимо решать задачу повышения

стойкости быстрорежущего инструмента (в том числе безвольфра-

мовых с доведением их по качеству до уровня вольфрамосодержа-

щих материалов) в 3—4 раза за счет нанесения многослойных изно-

248

состойких покрытий. Аналогичная задача существует для инстру-

мента, оснащенного пластинами из минералокерамики и синтети-

ческого сверхтвердого материала на основе кубического нитрида,

а в перспективе для РИ из углеродистых и легированных сталей.

Расширение области применения упрочнения режущих эле-

ментов инструмента поверхностным пластическим деформиро-

ванием (ППД). Помимо упрочнения все способы ППД снижают

шероховатость, улучшают микрорельефную структуру, в от-

дельных случаях используются для скругления режущих кромок.

Одним из способов поверхностного деформирования твердосплав-

ных пластин является виброабразивная и дробеструйная обработка.

Виброабразивная обработка повышает стойкость пластин при

фрезеровании в 1,2—2 раза, при точении — в 1,5 раза. Дробе-

струйное упрочнение наиболее эффективно для крупных РИ,

работающих с большими подачами.

Для быстрорежущего закаленного РИ упрочнение осуществля-

ется с помощью алмазного выглаживания, обкатки шариком,

ультразвука. Например, алмазное выглаживание протяжек повы-

шает в 2—3 раза их стойкость по сравнению со шлифованными и

на 20—40 % по сравнению с полированными зубьями.

Термомеханическое упрочнение используется в процессе из-

готовления РИ с использованием методов пластического деформи-

рования, совмещения пластической деформации с закалкой (на-

пример, при изготовлении сверл методом секторного и продоль-

но-винтового проката).

Механизация и автоматизация технологии изготовления режу-

щего инструмента. Автоматизируются заготовительные операции,

например, производится полная автоматизация на базе групповых

агрегатов и автоматических линий на операциях сварки, правки

и снятия сварочного грата (опыт завода им. Воскова с использо-

ванием машин мод. МИ-086 и СИ-049; обработка загото-

вок концевого РИ на автоматической линии АЛ-14). Автоматизи-

руются не только загрузка и обработка, но и выгрузка и укладка

(автоматические укладчики типа мод. СИ-050), используются про-

грессивные виды оснастки (резинометаллические цанги и втулки,

торцовые поводковые патроны с заклинивающимися ведущими эле-

ментами, автоматизированные приспособления с полиуретано-

выми зажимными элементами, групповые магнитные сепараторы

и кассеты для обработки многогранных пластин, приспособле-

ния-спутники для работ с точным позиционированием и т. д.).

Используются станки с ЧПУ, в том числе многоцелевые

станки. Опыт внедрения станков с ЧПУ при изготовлении РИ

показал, что производительность оборудования возрастает до

1,5 раз, а производительность труда—до 3 раз.

Основная область применения станков с ЧПУ — это обработка:

а) державок сборных резцов на сверлильно-фрезерных станках

мод. 6Р11МФЗ, ЛФ-260МФЗ; б) корпусов сборных инструментов

(фрезы торцовые, головки резьбонарезные) на сверлильно-фрезер-

249