Технологический процесс изготовления детали: от заготовки до контроля

Зачем нужен техпроцесс, даже когда деталь одна

Распространённое заблуждение: техпроцесс нужен только серии, а единичную деталь можно просто выточить. На практике маршрут строится всегда, вопрос лишь в том, записан он на бумаге или сидит в голове у технолога.

Что даёт продуманная последовательность даже на одной детали:

• Предсказуемость размера. Порядок операций определяет, куда уйдут деформации после термообработки и сколько металла останется на финишную обработку.
• Понятную цену. Без разбивки по операциям нельзя посчитать время, а без времени нельзя посчитать стоимость.
• Повторяемость. Второй заказ той же детали через год пойдёт по тому же маршруту.
• Разделение труда. Деталь проходит несколько рабочих мест, и каждый исполнитель должен видеть, что оставить следующему.

Технологические процессы металлообработки различаются глубиной проработки. На разовый заказ достаточно маршрута по операциям с указанием базы и ключевых размеров, на партию операции расписываются подробно, вплоть до переходов и инструмента.

Выбор заготовки: прокат, поковка, отливка, лист

С заготовки начинается любая разработка техпроцесса. Ошибка здесь тянется до конца маршрута.

Типичный запрос из практики это разработка техпроцесса изготовления заготовки детали полый вал. Здесь выбор между растачиванием отверстия в сплошном прокате и использованием трубы. Труба экономит время на съёме металла, но требует проверки соосности наружной поверхности и отверстия и нужной толщины стенки под припуск.

Материал определяет и термообработку, и её место в маршруте. Последовательность изготовления вала из стали 20Х13 отличается от маршрута по обычной конструкционной стали: коррозионностойкая мартенситная сталь требует своего режима, а поводки после него закладываются в припуск под шлифовку. Конкретные режимы назначаются по справочнику и подтверждаются замером твёрдости.

Базы и последовательность операций

База это поверхность, от которой деталь ориентируется на станке. Половина проблем с геометрией возникает не из-за станка и не из-за оператора, а из-за неудачно выбранной базы.

Правила, по которым мы строим базирование:

• Первая операция создаёт чистовую базу. На валу это центровые отверстия, на корпусе плоскость и два отверстия, на шестерне торец и посадочное отверстие.
• Принцип постоянства баз. Чем меньше раз деталь переставляется на новую базу, тем меньше накапливается погрешность.
• Принцип совмещения баз. Технологическая база должна совпадать с конструкторской, то есть с поверхностью, от которой проставлены размеры на чертеже. Если они разные, в допуск закладывается лишняя погрешность.
• Черновые базы используются один раз. Необработанная поверхность годится только для первой установки.

Поэтому на валу первой идёт не обточка, а отрезка и центровка: центровые отверстия становятся базой на весь маршрут, включая шлифовку после термообработки.

Маршрутная карта и операционная карта: чем отличаются

Это два разных документа, и путают их регулярно.

Маршрутная карта (МК) описывает деталь по операциям сверху вниз: номер и наименование операции, оборудование, цех или участок, разряд работы, нормы времени. Отвечает на вопрос «куда деталь идёт дальше».

Операционная карта (ОК) раскрывает одну операцию изнутри: переходы, инструмент, режимы резания, размеры с допусками, приспособления. Отвечает на вопрос «что конкретно делает станочник».

Рядом идут карта эскизов, карта технологического контроля и ведомость оснастки. Формы этих документов и правила заполнения задаёт Единая система технологической документации (ЕСТД). Номера стандартов на конкретные формы берите из действующего текста ЕСТД: сверяем с действующей редакцией документа и подтверждаем по запросу.

Заказчику обычно нужен не сам техпроцесс, а результат: деталь в размере и документ о контроле.

Типовой маршрут вала: коротко

Техпроцесс детали вал разобран подробно на отдельной странице: технологический процесс изготовления вала. Там же про изготовление валов как услугу. Здесь только скелет для сравнения с корпусом и шестерней.

Порядок операций обычно такой: отрезка заготовки, подрезка торцов и центровка, черновое точение с оставлением припуска, чистовое точение по ступеням, фрезерная операция на шпонку или шлицы, сверление и нарезание резьб, термообработка или ТВЧ, правка при необходимости, шлифовка шеек по центрам, контроль.

Ключевая логика: всё, что снимает много металла, идёт до термообработки, а всё, что держит точность, после неё. Техпроцесс токарной обработки внутри маршрута тоже делится на черновой и чистовой проходы: после снятия основной массы металла деталь ведёт от перераспределения внутренних напряжений.

Отдельно про запрос «разработка технологического процесса замены распределительного вала»: замена вала в узле это ремонтная операция, а не изготовление детали. Карта на ремонт пишется под конкретный агрегат, мы же занимаемся изготовлением и восстановлением самой детали.

Типовой маршрут корпусной детали

Корпус строится по другой логике. Здесь нет оси вращения, зато есть система плоскостей и отверстий, точно расположенных друг относительно друга.

Характерная последовательность:

1. Черновая расточка основных отверстий. Под подшипники и посадочные места, с припуском.
2. Чистовая расточка. Основные отверстия в размер, с контролем соосности и межосевых расстояний.
3. Сверление, зенкование, нарезание резьб. Крепёжные отверстия по всем плоскостям.
4. Промывка, зачистка, контроль. Замер отверстий, межосевых, перпендикулярности и параллельности плоскостей.

Главная особенность корпуса: соосные отверстия под один вал растачиваются с одной установки или с поворотом стола, но не по отдельности с двух сторон на глазок. Иначе соосности не будет, и подшипники начнут греться. Подробнее в разделе изготовление корпусов и крышек.

Типовой маршрут шестерни

У шестерни маршрут подчинён зубу: всё до зубонарезания готовит базу для него, всё после сохраняет его геометрию.

Последовательность в общем виде:

1. Отрезка заготовки, поковка или прокат по диаметру и ширине венца.
2. Токарная обработка: торцы, наружный диаметр, посадочное отверстие с припуском.
3. Чистовая обработка отверстия и торца, они становятся базой под зубонарезание.
4. Шпоночный паз или шлицы в отверстии.
5. Зубонарезание по модулю и числу зубьев, снятие фасок на зубьях.
6. Термообработка или цементация с последующей закалкой, по материалу и нагрузке.
7. Шлифовка базовых поверхностей, финишная обработка зуба при необходимости.
8. Контроль: размеры, биение венца, параметры зацепления.

Главное правило: базой при зубонарезании служат отверстие и торец, они же восстанавливаются шлифовкой после термообработки. Если шлифовать отверстие от другой базы, венец получит биение. Подробности в разделе изготовление шестерён на заказ.

Припуски и последовательность: почему нельзя менять местами

Припуск это слой металла, оставленный на следующую операцию. Логика маршрута во многом сводится к управлению припусками.

Отсюда и ответ на классический вопрос, почему термообработка идёт до шлифовки. Закалка сопровождается короблением: деталь меняет размер и форму, тем сильнее, чем она длиннее и тоньше. Если шлифовать до закалки, точный размер будет испорчен. Порядок только такой: черновая, чистовая, термообработка, шлифовка.

Второе правило: нельзя нарезать точную резьбу или снимать тонкую стенку до съёма основной массы металла. Деталь поведёт, и элемент уйдёт из размера. Про термообработку смотрите детали с термообработкой, про финиш раздел шлифовка.

Нормирование времени и откуда берётся цена

Нормирование это перевод маршрута в минуты. Норма времени на операцию складывается из четырёх частей:

• Основное (машинное) время это время, когда инструмент режет металл. Считается по режимам резания: длина прохода, подача, число проходов.
• Вспомогательное время это установка и снятие детали, подвод инструмента, замеры в процессе.
• Время обслуживания рабочего места это смена затупившегося инструмента, уборка стружки, подналадка.
• Подготовительно-заключительное время это наладка станка, написание и отладка управляющей программы, настройка оснастки. Оно тратится один раз на партию.

Последний пункт объясняет главную особенность цены: одна деталь и тридцать одинаковых деталей стоят совсем не в тридцать раз по-разному. Нормирование изготовления шлицевого вала, например, отличается от гладкого наличием шлицефрезерной операции с длинным машинным временем и отдельной наладкой: на партии она окупается, на одной детали заметно влияет на цену штуки.

Конкретные нормы времени по операциям мы не публикуем: они зависят от материала, станка, инструмента и партии. Цена считается по чертежу или по образцу, после разбора маршрута по операциям.

Контроль на операциях и финальный контроль

Контроль встроен в маршрут, а не приделан к его концу. Проверять деталь только на выходе значит узнавать о браке тогда, когда исправить нельзя.

Где контроль стоит обязательно:

• Входной контроль заготовки. Марка по сертификату, размеры, дефекты, наличие припуска.
• После черновой обработки. Припуск оставлен равномерно и его хватит после поводки.
• После чистовой обработки. Размеры перед термообработкой, чтобы не калить брак.
• После термообработки. Твёрдость и величина деформации: хватит ли припуска на шлифовку.
• Финишный контроль. Размеры с допусками, биения, шероховатость, резьбы калибрами.

Результаты финишного контроля оформляем протоколом. Для гидравлических корпусов и трубных сборок отдельно делается опрессовка с протоколом.

Парк цеха это токарные и фрезерные станки с ЧПУ HAAS ST-10, HAAS VM3, DMG CTX 310 и PUMA, своя термообработка, ТВЧ, цементация, шлифовка, хонингование, притирка, наплавка твёрдым сплавом, балансировка, покрытия. Маршрут мы строим под то, что реально стоит в цехе.

Частые ошибки в чужих техпроцессах

Нам регулярно присылают готовые маршруты вместе с чертежом. Проблемы повторяются из раза в раз.

• Шлифовка до термообработки. Самая частая и самая дорогая: деталь ведёт, точность теряется целиком.
• Отсутствие припуска под поводку. Термообработка заложена, а металл на финишную обработку не оставлен.
• Смена базы посреди маршрута без нужды. Погрешность накапливается, допуск расположения не выдерживается.
• Точность на всех размерах подряд. Жёсткий допуск там, где ничего не сопрягается, удорожает деталь без пользы.
• Термообработка без указания твёрдости. Написано «закалить», а до какой твёрдости, не сказано.
• Нет указания покрытия и его толщины. Цинкование или хром добавляют слой, и посадочный размер надо считать с его учётом.

Про пример написания техпроцесса на термообработку металла спрашивают часто. Работающая формулировка содержит четыре вещи: вид обработки (закалка, отпуск, цементация, нормализация, ТВЧ), требуемую твёрдость с допуском, зону её нанесения и метод контроля. Без любого из этих пунктов операция превращается в пожелание.

Что мы просим у заказчика, чтобы построить технологический процесс изготовления детали

Чтобы разработка технологического процесса изготовления детали типа вал, корпус или шестерня шла быстро, нужен понятный вход.

Если документации нет и есть только деталь, маршрут строится после обмера и восстановления чертежа. Производство в Набережных Челнах, отправка по России.

Вопросы и ответы