Jerzy Z. Sobolewski (red.), Przemysław Siemiński, Janusz Sobieszczański. Techniki wytwarzania projektowanie procesów technologicznych

Jerzy Z. Sobolewski (red.), Przemysław Siemiński, Janusz Sobieszczański Techniki wytwarzania projektowanie procesów technologicznych Warszawa 2012

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Kierunek studiów "Edukacja techniczno informatyczna" 02-524 Warszawa, ul. Narbutta 84, tel. (22) 849 43 07, (22) 234 83 48 ipbmvr.simr.pw.edu.pl/spin/, e-mail: sto@simr.pw.edu.pl Opiniodawca: dr inż. Piotr SKAWIŃSKI Projekt okładki: Norbert SKUMIAŁ, Stefan TOMASZEK Projekt układu graficznego tekstu: Grzegorz LINKIEWICZ Skład tekstu: Magdalena BONAROWSKA Publikacja bezpłatna, przeznaczona dla studentów kierunku studiów "Edukacja techniczno informatyczna" Copyright 2012 Politechnika Warszawska Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. ISBN 83-89703-97-1 Druk i oprawa: STUDIO MULTIGRAF SP. Z O.O., ul. Ołowiana 10, 85-461 Bydgoszcz

Spis treści Wstęp... 5 1. Projektowanie odlewów i odkuwek... 7 1.1 Rodzaje półfabrykatów...8 1.2 Projektowanie odlewów...9 1.3 Projektowanie odkuwek...16 1.4 Literatura...28 2. Metodyka projektowania technologicznego... 29 2.1. Zasady podziału procesu technologicznego...30 2.2. Dokumentacja technologiczna...37 2.3. Naddatki na obróbkę...38 2.4. Dobór baz obróbkowych...46 2.5. Normowanie czasu...51 2.6. Technologia obróbki zewn. powierzchni walcowych...56 2.7. Technologia obróbki otworów...65 2.8. Technologia obróbki powierzchni płaskich...69 2.9. Literatura...84 3. Programowanie obróbki na tokarki i frezarki CNC... 85 3.1. Wstęp...86 3.2. Programowanie tokarek CNC...90 3.3. Programowanie frezarek CNC...111 3.4. Literatura...132 4. Dobór narzędzi i parametrów skrawania... 135 4.1. Wskazania podstawowe. Materiały narzędziowe...136 4.2. Dobór narzędzi i parametrów skrawania przy toczeniu...140 4.3. Dobór narzędzi i parametrów skrawania przy wierceniu, rozwiercaniu i pogłębianiu...161 4.4. Frezowanie...167 4.5. Szlifowanie...175 4.6. Literatura...183

Wstęp Niniejsze materiały zostały opracowane w ramach realizacji Programu Rozwojowego Politechniki Warszawskiej współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego - PROGRAM OPERACYJNY KAPITAŁ LUDZKI. Przeznaczone są dla studentów kierunku EDUKACJA TECHNICZNO INFORMACYJNA na Wydziale Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej. Niniejsze opracowanie przygotowano dla przedmiotu pt. Techniki wytwarzania projektowanie procesów technologicznych. Jego zawartość merytoryczna w pełni odpowiada zakresowi opisanemu w sylabusie opracowanym dla tego przedmiotu. Całość opracowanych materiałów dydaktycznych dla ww. przedmiotu zawarta została w 4. rozdziałach: Rozdział 1, autorstwa Jerzego Sobolewskiego, został poświęcony projektowaniu odlewów i odkuwek. W rozdziale 2 przedstawiono podstawy obróbki skrawaniem, opisano najważniejsze dokumenty technologiczne oraz technologię obróbki powierzchni walcowych, płaskich i otworów. Jego autorem jest Janusz Sobieszczański. Rozdział 3, autor Przmysław Siemiński, został poświęcony zagadnieniom wspomaganego komputerowo programowania frezarek i tokarek CNC przykład zastosowanie systemów CAM. W rozdziale 4 przedstawiono podstawowe wskazania do doboru parametrów skrawania i narzędzi dla operacji toczenia, frezowania, wiercenia i szlifowania. Jego autorem jest Janusz Sobieszczański. Materiały aktualizujące do przedmiotu będą udostępniane studentom za pośrednictwem systemu e-learning.

1 Projektowanie odlewów i odkuwek W tym rozdziale: o Rodzaje półfabrykatów o Projektowanie odlewów o Projektowanie odkuwek

ROZDZIAŁ 1 1.1. Rodzaje półfabrykatów Materiały wyjściowe używane do produkcji części maszyn obejmują różne wyroby hutnicze i surówki wytwarzane w hucie w wydziałach walcowni i kuźni. Materiały te można podzielić następująco: półfabrykaty z materiałów hutniczych, odlewy, odkuwki, półfabrykaty otrzymane metodą obróbki plastycznej na zimno (wykroje, wytłoczki), kształtki i wypraski z proszków metali, proszków metalowoceramicznych i tworzyw sztucznych, półfabrykaty spawane, zgrzewane i lutowane. O doborze materiału i rodzaju surówki decyduje w zasadzie konstruktor, określając je na rysunkach konstrukcyjnych i w warunkach technicznych, jakim gotowa część ma odpowiadać. Przy doborze surówek konstruktor powinien się konsultować z technologiem ponieważ projektując wyroby i dobierając półfabrykaty należy kierować się kosztem wykonania zależnym od wielkości produkcji (np. przy produkcji jednostkowej stosuje się najczęściej półfabrykaty spawane, przy seryjnej odlewane lub kute). Jedynie duże skale produkcji uzasadniają zastosowanie wysokowydajnych metod wytwarzania surówek, pozwalających uzyskiwać surówki bardzo dokładne przy użyciu kosztownych matryc form czy tłoczników. Materiały zawarte w rozdziale 1 dotyczą głównie projektowania odlewów z żeliwa szarego dla odlewania w formie piaskowej i odkuwek matrycowych kutych na prasach i młotach. Są to, oprócz części spiekanych i tworzyw sztucznych, najczęściej stosowane półfabrykaty stosowane w produkcji seryjnej maszyn oraz dla formowania skorupowego UWAGA! Ważnym problemem jest dostosowanie dotychczas używanych symboli stali do oznaczeń unijnych. Strona 8

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK 1.2. Projektowanie odlewów Rysunek surowego odlewu Podstawowym dokumentem do opracowania dokumentacji technologicznej, zwłaszcza do opracowania wymiarów modelu i rdzeni oraz do kontroli odbioru modelu i wykonanego odlewu jest rysunek surowego odlewu. Podstawą do wykonania tego rysunku jest rysunek części odlewanej (rysunek 1.1). W zależności od materiału części i związanej z wielkością produkcji metody odlewania rysunki surowego odlewu mogą się znacznie różnić. W podanym przykładzie dla celów dydaktycznych przyjmuje się, że część przedstawiona na rysunku 1.1 jest wykonana z żeliwa szarego (EN-GJL-250). Rysunek 1.1. Rysunek części (piasta sprzęgła) Sposób tworzenia surowego odlewu jest szczegółowo opisany w podręczniku Techniki Wytwarzania, część 1. Odlewnictwo. Na rysunku surowego odlewu powinny być podane najważniejsze informacje i oznaczenia: a. dane rozpoznawcze i oznaczenie gatunku materiału odlewu, Strona 9

ROZDZIAŁ 1 b. tolerancje wymiarowe i naddatki na obróbkę skrawaniem, c. oznaczenie powierzchni podziału modelu, d. oznaczenie powierzchni bazowych przy obróbce skrawaniem, e. naddatki technologiczne, f. pochylenia formierskie, g. chropowatość powierzchni. Na rysunku 1.2 przedstawiono rysunek surowego odlewu utworzony na podstawie rysunku 1.1 części odlewanej. Przyjęto założenie, że cześć jest odlewana w formie piaskowej lub skorupowej. Obrys odlewu przed obróbką zaznaczono linią ciągłą, a linią -..-" obrys odlewu po obróbce skrawaniem. Rysunek 1.2. Rysunek surowego odlewu (piasta sprzęgła) wykonany na podstawie rysunku 1.1, xxx powierzchnie bazowe do 1-szej operacji Wartość tolerancji wymiarowych, naddatków na obróbkę skrawaniem dla 12 klasy dokładności odlewu (CT12) i stopnia naddatku H podano w tablicy 1.1. Strona 10 10

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK Tabllica 1.1. Tolerancje dla CT12 i naddatki na obróbkę dla stopnia naddatku H odlewów (fragment PN-ISO 8062:1997) Wymiar podstawowy surowego odlewu [mm] Pole tolerancji odlewu [mm] Największy wymiar odlewu po obróbce [mm] Naddatki na obróbkę skrawaniem RMA [mm] powyżej do (włącznie) CT12 powyżej do (włącznie) H - 10 16 10 16 25 4,2 4,4 4,6-40 63 40 63 100 0,7 1 2 25 40 63 40 63 100 5 5,6 6 100 160 250 160 250 400 3 4 5 100 160 250 160 250 400 7 8 9 400 630 630 1000 6 7 Norma PN-ISO 8062:1997 podaje tylko tolerancje dla odlewów wykonanych do form piaskowych formowanych ręcznie i maszynowo oraz dla formowania skorupowego UWAGA! Wymiar podstawowy jest to wymiar surowego odlewu przed obróbką skrawaniem (zawierający niezbędny naddatek na obróbkę skrawaniem). Tolerancje odlewu zależą od wymiarów podstawowych surowego odlewu i powinny być symetryczne. Wymagany naddatek na obróbkę skrawaniem obowiązuje dla całego surowego odlewu w zależności od największego wymiaru odlewu po obróbce skrawaniem. Dopuszcza się zwiększenie naddatków na górnej powierzchni odlewu do 50% wartości podanych w tablicach. Na rysunku przyjęto tolerancję wymiarową dla 12 klasy wykonania (CT12), wielkość naddatku na obróbkę (dla największego wymiaru odlewu F=90) RMA=2mm (ang. Required Machining Allowance). Poszczególne wymiary powierzchni odlewu (przed obróbką skrawaniem) oblicza się w zależności od tego, czy obrabiana powierzchnia jest zewnętrzna czy wewnętrzna: dla wymiaru zewnętrznego (obie powierzchnie obrabiane): R = F + 2 RMA + CT 2 (1.1) Strona 11 11

ROZDZIAŁ 1 dla wymiaru zewnętrznego (jedna powierzchnia obrabiana, druga surowa): R = F + RMA + CT 2 (1.2) dla wymiaru wewnętrznego (otwór obrabiany): R = F 2 RMA CT 2 (1.3) gdzie: R wymiar podstawowy surowego odlewu, F wymiar końcowy po obróbce skrawaniem, RMA wymagany naddatek na obróbkę skrawaniem, CT tolerancja wymiaru odlewu. Przykład obliczania: dla wymiaru Ø55h9; R=55+2 2+0,5 5,6=61,8 mm, wg (1.1), dla wymiaru 42; R=42+1 2+1 3+0,5 5,6=49,8 mm, wg (1.1), dla wymiaru Ø 90; R=90+2 2+0,5 6=97mm, wg (1.1), dla wymiaru 7; R=7+1 3+0,5 4,2=12,1mm, wg (1.2), dla wymiaru Ø 42H7; R=42-2 2-0,5 5=35,5 mm, wg (1.3). UWAGA! Przy obliczaniu wymiaru surowego odlewu dla wymiaru F=42 uwzględniono zwiększony o 50% (RMA=3) naddatek na obróbkę na górnej powierzchni odlewu. Ponadto, uwzględniając powierzchnie bazowe do 1 operacji (oznaczone xxx) podano jako istotny wymiar odległości jednej z tych baz od dolnej powierzchni odlewu. Zasady konstruowania odlewów Strona 12 12 Przy konstruowaniu odlewów należy uwzględnić funkcję, jaką odlew ma spełniać w maszynie. Projektant powinien przeanalizować konstrukcję pod względem wytrzymałości i sztywności, zależnych od rodzaju stopu odlewniczego, trudności wykonania modelu, formy, rdzenia,

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK możliwości występowania wad odlewniczych, łatwości i kosztów obróbki mechanicznej oraz właściwego doboru metody odlewania. Powinno się rozważyć korzyści, które mogą wynikać z podzielenia dużego, skomplikowanego odlewu na kilka odlewów mniejszych, oraz przeprowadzić rachunek kosztów (łączny koszt materiałów, odlewania i obróbki mechanicznej) i na tej podstawie rozważyć ewentualne korzyści, które mogą wynikać z zastąpienia odlewu częścią spawaną, kutą, tłoczoną, spiekaną z proszku lub wykonaną z masy plastycznej. Charakterystyczną cechą materiałów odlewniczych jest niejednorodność ich struktury i niejednorodność właściwości mechanicznych w grubych i cienkich przekrojach, oraz z góry i na dole odlewu. Jedną z podstawowych zasad przy konstrukcji odlewów jest zachowanie możliwie równej grubości ścian oraz unikanie miejscowych zgrubień odlewu. Przejścia między grubymi i cieńszymi przekrojami powinny być łagodne, zaokrąglenia należy wykonywać z odpowiednio dużymi promieniami. Dobór materiałów na odlewy należy przeprowadzać głównie według dwóch rodzajów wskaźników: wskaźników właściwości wytrzymałościowych E, R m, R c, R g itp., wskaźników właściwości mechanicznych, jak: moduł sprężystości, wydłużenie, udarność, twardość, zdolność tłumienia drgań itp. Wytrzymałość na rozciąganie R m jest podstawą klasyfikacji żeliwa szarego. Wraz ze wzrostem wytrzymałości następują niekorzystne zmiany innych właściwości: zmniejsza się zdolność tłumienia drgań, skrawalność, powiększa się skurcz odlewniczy itp. Moduł sprężystości na rozciąganie E zależy głównie od ilości i postaci wydzieleń grafitu (wzrasta ze zmniejszeniem się ilości grafitu i dla grafitu w postaci kuleczek - żeliwo sferoidalne). Żeliwo sferoidalne charakteryzuje się stosunkowo dużą wytrzymałością zmęczeniową, może więc być stosowane na odpowiedzialne części maszyn jak: wały korbowe i wałki rozrządu. W przeciwieństwie do aluminium, żeliwo wykazuje pewną właściwość polegającą na tym, że istnieje takie naprężenie graniczne, poniżej którego materiał nie ulega zmęczeniu (zniszczeniu), niezależnie od ilości cykli. Ważnym parametrem dla odlewów samochodowych, jest wytrzymałość w podwyższonej temperatrze. Wytrzymałość właściwa (w przeliczeniu na jednostkę masy) żeliwa sferoidalnego w temperaturze powyżej 200ºC przewyższa w sposób gwałtowny wytrzymałośc stopów aluminium. Za- Strona 13 13

ROZDZIAŁ 1 tem, jeśli chodzi o zastosowanie w wysokiej temperaturze (np. części silnikowych) wybór żeliwa sferoidalnego jest lepszy niż stopów Al. [3]. Wytrzymałość na ściskanie R c przyjmuje w stosunku do wytrzymałości na rozciąganie bardzo duże wartości (R c dla żeliwa jest większa niż dla staliwa przy dwukrotnie mniejszej R m ). Własność ta powinna być wykorzystywana przez konstruktorów. Przy projektowaniu odlewów o kształcie belek poddawanych zginaniu należy stosować przekroje niesymetryczne w stosunku do osi obojętnej, tak aby powierzchnia przekroju ściskanego była mniejsza od powierzchni przekroju rozciąganego (lepsze wykorzystanie materiału - rysunek 1.3). Strona 14 14 Rysunek 1.3. Konstrukcja wspornika obciążonego silą poziomą (1) i haka obciążonego silą pionową (2) [6]: a) błędna, b) poprawna Budowa odlewu powinna być zwarta, a wymiary obrysu odlewu powinny być możliwie małe. Ze względu na łatwość obróbki mechanicznej modeli rdzennic pożądane jest, ażeby zarówno zewnętrzna jak i wewnętrzna część obrysu odlewu miały kształt prawidłowych figur geometrycznych, łatwych do uzyskania na obrabiarkach powszechnego zastosowania. Kształt odlewu nie powinien zmuszać do stosowania więcej niż jednej powierzchni podziału formy i modelu lub do stosowania zawiłej, kształtowej powierzchni podziału formy. Ponadto płaska powierzchnia podziału pozwala na uproszczenie obróbki modelu i rdzennic oraz ułatwienie formowania i składania formy. Zmianę kształtu odlewu można jednak przeprowadzić po analizie wymiarów odlewu tak, by nie zmienić funkcji jaką ma pełnić w maszynie. Jeżeli założymy (rysunek 1.4), że wymiarami funkcjonalnymi są wymiary: d, D, D1 i h, to usunięcie dolnego kołnierza tulei D1 (dla D1 < D) pozwoliło na zastosowanie tylko jednej powierzchni podziału i uniknięcie zewnętrznego rdzenia pierścieniowego. Uzyskano przy tym płaską powierzchnię podziału i odlew nie

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK dzielony, mieszczący się całkowicie w jednej połówce formy. W takim przypadku nie należy przewidywać na rysunku odlewu zaokrągleń jego krawędzi przy powierzchni podziału. Rysunek 1.4. Zmiana konstrukcji mająca na celu ułatwienie formowania [3, 6]: a) część odlewana przed zmianą konstrukcji, b) formowanie w trzech skrzynkach (dostosowane do konstrukcji a), c) formowanie (dostosowane do konstrukcji części a) w dwóch skrzynkach z rdzeniem pierścieniowym, d) część po zmianie konstrukcji, e) formowanie w dwóch skrzynkach (dostosowane do wersji d) Konstrukcja odlewów kokilowych Kokila jest metalową formą wielokrotnego użytku, umożliwiającą wykonanie od kilkuset (dla staliwa), kilku tysięcy (dla żeliwa) do kilkudziesięciu tysięcy (dla stopów lekkich) odlewów. Odlewanie kokilowe stosuje się powszechnie do stopów lekkich. Odlewanie w kokilach żeliwa i staliwa jest znacznie rzadziej stosowane (żeliwa przeciętnie 10%, a staliwa 1%), przy czym powierzchnie wewnętrzne odtwarza się za pomocą rdzeni piaskowych. Konstrukcja odlewów kokilowych jest podobna, jak dla odlewów piaskowych, jednak dokładność wymiarowa i gładkość powierzchni tych odlewów jest znacznie większa. Zastosowanie kokil pozwala na zmniejszenie kosztów odlewów o 20 40% w porównaniu z odlewami z form piaskowych. Ważniejsze parametry konstrukcyjne odlewów kokilowych zestawiono w tabeli 1.2. Strona 15 15

ROZDZIAŁ 1 Tabela 1.2. Dane konstrukcyjne odlewów kokilowych Rodzaj stopu Aluminium Magnez Mosiądz Żeliwo Staliwo Minimalne pochylenia ścian wewnętrznych, % wysokości Minimalne pochylenia ścian wewnętrznych, (dla rdzeni metalowych) % wysokości Minimalna grubość nie obrabianej ściany odlewu, mm Promienie zaokrągleń krawędzi i przejść, mm Minimalna średnica otworów, mm 0,5 1,0 0,5 1,0 0,8 1,7 1,75 1,75 2,5 1,5 3,0 1,5 3,0 1,5 3,0 - - 2,5 4,0 3,0 4,5 2,5 4,0 3 3 1 1,5 1,5 3 3 8 8 10 10 15 1.3. Projektowanie odkuwek W zależności od kształtu i rodzaju narzędzi stosowanych w procesie technologicznym kucia, odkuwki można podzielić na kute swobodnie i matrycowane. Sposób doboru naddatków na obróbkę mechaniczną oraz dopuszczalne odchyłki wymiarowe odkuwek kutych swobodnie zamieszono w PN-86/H-94101. W tym rozdziale zostaną omówione zagadnienia dotyczące głównie projektowania i doboru tolerancji odkuwek stalowych matrycowanych kutych na młotach i prasach. Doboru tolerancji dokonuje się na podstawie normy PN-EN 10243-1: 1999 dla odkuwek wykonywanych na gorąco ze stali węglowej i ze stali stopowej. Rozróżnia się dwie klasy tolerancji: klasę kucia F, zapewniającą odpowiednią dokładność dla większości zastosowań; klasę kucia E, nazwanej zacieśnioną - zaleca się ją stosować tylko dla przypadków ekonomicznie uzasadnionych np. jeżeli jej stosowanie powoduje zmniejszenie się liczby operacji obróbki skrawaniem. Kucie matrycowe polega na kształtowaniu odkuwki w tzw. wykrojach matrycy. Typowa matryca składa się z części górnej przymocowanej do bijaka młota, wykonując z nim ruchy posuwisto-zwrotne i nieruchomej części dolnej. Przy kuciu w tzw. matrycy otwartej, nadmiar materiału Strona 16 16

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK wydostaje się przez szczelinę miedzy matrycami tworząc tzw. wypływkę (rysunek 1.5). Rysunek 1.5. Proces kucia w jednowykrojowej matrycy: 1- matryca górna, 2 matryca dolna, 3 materiał wsadowy, 4 odkuwka, 5 wypływka Przy kuciu na młotach nie można otrzymywać odkuwek z otworami przelotowymi. Zarówno wypływka jak i otwór zostaje następnie wycięte na gorąco (bezpośrednio po kuciu) w okrojniku (rysunek 1.6). Rysunek 1.6. Zasada działania okrojnika jednoczesnego do okrawania wypływki i wycinania denka [7]: A - położenie początkowe, B położenie po obcięciu wypływki i wycięciu denka, 1 odkuwka, 2 wypływka, 3 denko, 4 stempel górny do obcinania wypływki, 5 - płyta obcinająca, 6 stempel dolny do wycinania denka, h1 wysokość odkuwki, δ1, 2 luzy między częściami roboczymi Strona 17 17

ROZDZIAŁ 1 Rysunek odkuwki Strona 18 18 Za podstawę konstrukcji wykroju wykańczającego matrycy służy rysunek odkuwki, który sporządza się na podstawie rysunku gotowego przedmiotu. W celu określenia tolerancji stosowanych do odkuwki matrycowanej, oprócz wymiarów odkuwki należy znać następujące dane: a. masę odkuwki b. kształt linii podziału matrycy, c. kategorię użytej stali, d. wskaźnik zwartości kształtu, e. typy wymiarów. Ad a) Masę odkuwki oblicza się z objętości przyjmując masę właściwą dla stali ρ=7,85 g/cm 3. Ad b) Projektowanie odkuwki należy rozpocząć od doboru płaszczyzny podziału odkuwki, odpowiadającej płaszczyźnie podziału matryc. Linia podziału matryc może być prosta, symetryczna lub asymetryczna. Od linii podziału zależy wielkość pozostałości wypływki i przesadzenia odkuwki. Ad c) Kategoria ta uwzględnia trudniejsze kształtowania stali o wysokiej zawartości węgla lub stali wysokostopowej powodującej większe zużycie matryc niż w przypadku stali o niższej zawartości węgla i dodatków stopowych. Stopień trudności materiałowej zależy składu chemicznego materiału. Rozróżnia się dwie kategorie trudności materiałowej: M1: stale o zawartości węgla do 0,65% i w których suma procentowa zawartości składników stopowych (Mn, Ni, Cr, Mo, V, W) nie przekracza 5% masy; M2: stale o zawartości węgla powyżej 0,65% zawartości węgla lub w których suma procentowa zawartości składników stopowych (Mn, Ni, Cr, Mo, V, W) przekracza 5% masy. Ad d) W celu określenia stopnia trudności wykonania wynikającego ze zwartości kształtu należy obliczyć wskaźnik zwartości kształtu S, określony stosunkiem masy odkuwki do masy bryły opisanej na maksymalnych wymiarach tej odkuwki (rysunek 1.7):

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK m S = (1.4) m b gdzie: m - masa odkuwki, m b - masa bryły opisanej na tej odkuwce [kg]. Bryła odkuwki obrotowej jest walcem opisanym na odkuwce a bryła odkuwki nieobrotowej jest prostopadłościanem opisanym na odkuwce (rysunek 1.7). Rysunek 1.7. Wyznaczanie bryły opisanej na odkuwce Rozróżnia się cztery stopnie trudności wykonania, zostały one podane w tabeli 1.3. Tabela 1.3. Stopnie trudności wykonania (zależne od zwartości kształtu odkuwek) wg EN 10243-1 Wskaźnik zwartości kształtu S Oznaczenie stopnia trudności wykonania 0,63 < S 1 S 1 0,32 < S 0,63 S 2 0,16 < S 0,32 S 3 S 0,16 S 4 W przypadku odkuwek cienkich tarcz lub cienkich kołnierzy kutych pod młotami i prasami przy stosunku grubości kołnierza lub minimalnej grubości tarczy e do maksymalnej średnicy odkuwki d poniżej 0,2 (e/d 0,2) należy przyjmować stopień trudności S 4. Ad e) Rozróżnia się cztery główne typy wymiarów. Zależą one od kierunku kucia i podziału matrycy (tabela 1.4). Strona 19 19

ROZDZIAŁ 1 Tabela 1.4. Typy wymiarów odkuwki matrycowanej [2] Wymiary Długość l Szerokość (średnica) b Wysokość h (w półmatrycy) Grubość a Kierunek kucia prostopadły równoległy równoległy Podział matrycy w powierzchni podziału przecina powierzchnię podziału Tolerancje i odchyłki wymiarów długości, szerokości i wysokości określa się dla wymiarów obrobionego przedmiotu powiększonych o naddatki na obróbkę. Norma EN 10243-1 nie podaje sposobu doboru naddatków. Jednak dla ułatwienia projektowania odkuwek w tabeli 1.5 umieszczono sposób doboru i wartości naddatków (dla odkuwek dawnej klasy Z) zgodny z nieaktualną normą PN-86/H-94101. Naddatki na obróbkę skrawaniem oraz dopuszczalne tolerancje i odchyłki wymiarowe zależą od: wymiarów i masy odkuwki, stopnia trudności wykonania wynikającej ze zwartości kształtu i gatunku materiału odkuwki, klasy dokładności wykonania odkuwki. Tabela 1.5. Jednostronne naddatki na obróbkę odkuwek (dawnej klasy Z) kutych na młotach i prasach dla wskaźnika trudności materiałowej M1 Masa części kg Powyżej do Wymiary: średnic, grubości, wysokości i długości, mm powyżej 32 100 160 250 400 do 32 100 160 250 400 630 0 0,4 1,2 1,4 1,5 1,5 1,8 2 0,4 1 1,4 1,5 1,5 1,8 2 2,4 1 1,8 1,5 1,5 1,8 2 2,4 2,6 1,8 3,2 1,5 1,8 2 2,4 2,6 2,8 Dopuszczalne odchyłki długości, szerokości i wysokości dla odkuwek klasy F i trudności wykonania S 1 i S 2 podano w tabeli 1.6. Dla wymiarów między powierzchniami zewnętrznymi stosuje się odchyłki +2/3; -1/3 tolerancji (rysunek 1.8), dla wymiarów między powierzchniami we- Strona 20 20

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK wnętrznymi należy znaki odwrócić, tak aby odchyłki wynosiły +1/3, -2/3. Rysunek 1.8. Rozkład tolerancji T i obliczanie wymiarów zewnętrznych odkuwki: d średnica odkuwki (powierzchnia nie obrabiana skrawaniem, d s średnica odkuwki z uwzględnieniem naddatku na obróbkę n W tabeli 1.6 nie uwzględniono wielkości przesądzeń i pozostałości wypływek zależnych od masy odkuwki i kształtu podziału matrycy, ich wartości mieszczą się w podobnym zakresie (0,5-2,8 mm) jak tolerancje. Tolerancje i odchyłki grubości określają dopuszczalne odchyłki jakiegokolwiek wymiaru grubości odkuwki, tj. wymiaru położonego po obu stronach matrycy (np. wymiary 9 i 45 z rysunku 1.9). Strona 21 21

ROZDZIAŁ 1 Tabela 1.6. Dopuszczalne odchyłki długości, szerokości (średnicy) i wysokości dla odkuwek klasy F, dla wskaźnika trudności materiałowej M1 i trudności wykonania S 1 i S 2 Masa części [kg] Wymiary: średnic, grubości, wysokości i długości [mm] S 1 Wymiary: średnic, grubości, wysokości i długości [mm] S 2 Powyż. do Powyż. 32 100 160 Powyż. 32 100 160 do 32 100 160 250 do 32 100 160 250 0 0,4 0,4 1 1 1,8 1,8 3,2 3,2 5,6 0,7-0,4 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,7-0,8 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,7-0,8 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,7-0,8 1,9-0,9 Tabela 1.7. Dopuszczalne odchyłki grubości dla odkuwek klasy F, dla wskaźnika trudności materiałowej M1 i trudności wykonania S 1 i S 2 Masa części [kg] Wymiary grubości [mm] S 1 Wymiary grubości [mm] S 2 Powyż. do Powyż. 16 40 63 Powyż. 16 40 63 do 16 40 63 100 do 16 40 63 100 0 0,4 0,4 1,2 1,2 2,5 2,5 5 3,2 5,6 0,7-0,3 0,7-0,4 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 0,7-0,4 0,8-0,5 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 0,7-0,4 0,8-0,4 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 0,8-0,5 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 0,9-0,5 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,3-0,7 1,1-0,5 1,2-0,6 1,3-0,7 1,5-0,7 1,7-0,8 Zaleca się, aby dla każdej odkuwki matrycowanej wszystkie tolerancje wymiarów grubości były jednolite i określa się je wg największego wymiaru. Odchyłki dla klasy F, trudności materiałowej M1 i trudności wykonania S1 i S2 podane są w tablicy 1.7. Strona 22 22

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK Przykład wykonania rysunku odkuwki Za podstawę rozważań przyjęto rysunek 1.1, zakładając, ze materiał części (piasta sprzęgła) wykonany jest ze stali C45. Poglądowy rysunek odkuwki (rysunek 1.9) podaje wymiary przedmiotu, wielkość naddatków na obróbkę i tolerancje wykonania. Wymiary długości i szerokości (średnicy) są równoległe do powierzchni podziału matrycy (np. wymiary 35,5, 58 i 93), wymiary wysokości są prostopadłe do powierzchni podziału i położone po jednej stronie powierzchni podziału (np. wymiary 17 i 21) a wymiary grubości np. wymiar 9 i 45 są położone po obu stronach powierzchni podziału. Dla masy odkuwki m=0,74 kg, wskaźnika trudności materiałowej M1, stopnia trudności wykonania S2 oraz dla maksymalnego wymiaru średnicy 90 i maksymalnej grubości 42 naddatek ten jest jednakowy i wynosi 1,5mm (tablica 1.6). Rysunek 1.9. Rysunek odkuwki (wykonany na podstawie rysunku 1.1 gotowej części), xxx baza obróbcza do 1-szej operacji UWAGA! Naddatków na obróbkę nie podaje się na rysunku odkuwki, zamieszczono je jedynie dla celów dydaktycznych. Na rysunku odkuwki powinna być określona późniejsza baza obróbkowa w celu zapewnienia prawidłowego wymiarowania i kontroli wymiarów odkuwki (bazę tą oznaczono krzyżykami, podobnie jak na rysunku surowego odlewu). Strona 23 23

ROZDZIAŁ 1 Tolerancje prostoliniowości i płaskości oraz i odchyłki wymiarów międzyosiowych podano w tablicy 1.5; stosuje się je niezależnie od pozostałych tolerancji z podziałem na +1/2, -1/2 tolerancji. Odczytuje się je w zależności od największych długości, szerokości lub odległości między osiami. Tablica 1.8. Odchyłki prostoliniowości i płaskości oraz wymiarów międzyosiowych odkuwek klasy F kutych na młotach prasach Długość lub powyżej 100 125 160 200 szerokość odkuwki [mm] do 100 125 160 200 250 ±0,3 ±0,35 ±0,4 ±0,45 ±0,5 Odległość między osiami powyżej 100 160 200 250 [mm] do 100 160 200 250 315 ±0,3 ±0,4 ±0,5 ±0,6 ±0,8 Zasady konstrukcji odkuwek matrycowanych Jak już wspomniano, projektowanie odkuwki należy rozpocząć od doboru płaszczyzny podziału odkuwki (która odpowiada płaszczyźnie podziału matryc). Przy kuciu na prasach i młotach podział przebiega przez przekrój odkuwki o największej powierzchni. Należy dążyć do umieszczenia dna powyżej lub poniżej płaszczyzny podziału. Umieszczone symetrycznie względem płaszczyzny podziału sprzyja nadmiernemu wpływaniu materiału na zewnątrz wykroju i powoduje jego złe wypełnienie. Najmniejsze grubości dna zależne od wymiarów charakterystycznych odkuwki pokazano na rysunku 1.10a i podano w tabeli 1.9. Najmniejsza grubość odkuwki nie może być mniejsza od grubości wypływki. W celu zapewnienia prawidłowego płynięcia materiału i wypełnienia wykrojów matrycy należy unikać wysokich i wąskich żeber, zbyt wielkich wgłębień oraz nagłych i wielokrotnych zmian przekroju. W miejscach zmian przekroju należy stosować jak największe promienie zaokrągleń. Szczególnie duże promienie zaokrągleń należy stosować w miejscach, gdzie płynięcie materiału jest najintensywniejsze, takich jak występy wykroju w postaci kołnierzy, żeber czopów itp. Strona 24 24

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK Rysunek 1.10. Charakterystyczne wymiary odkuwki: d1, d2 średnice odkuwki, h, h1, h2 wysokości (grubości) odkuwki, g grubość dna, g1 - grubość ścianek (żeber), l - długość odkuwki Najmniejsze grubości ścianek i żeber (g1) zależnie od wysokości odkuwek (h) podano w tabeli 1.10. Tabela 1.9. Najmniejsze grubości den odkuwek Najmniejsza grubość g [mm] Średnia szerokość b s lub l h l h średnica d s mm] lub 3 lub 3 b b do 25 25,1 40 40,1 63 63,1 100 100,1 160 160,1 250 250,1 400 s d s s d s Tabela 1.10. Najmniejsze grubości ścian lub żeber odkuwek 2 3 5 6 8 12 20 3 4 6 8 10 16 25 Wysokość h 1 [mm] do 10 10,1 16 16,1 25 25,1 40 Grubość g 1 [mm] 3 4 5 8 Wysokość h 1 [mm] 40,1 63 63,1 100 100,1 160 Grubość g 1 [mm] 12 20 32 Strona 25 25

ROZDZIAŁ 1 Wartości minimalnych promieni zaokrągleń zależnie od wymiarów charakterystycznych odkuwki podano w tabl. 1.11. Tabela 1.11. Najmniejsze promienie zaokrągleń odkuwek Wysokość odkuwki względem linii podziałowej matrycy h1, Mm Do 25 25,1 40 40,1 63 63,1 100 100,1 160 160,1 250 Promień zaokrąglenia krawędzi zewnętrznej r1, mm 2 3 4 6 8 10 Głębokość wgłębienia h2, mm do 25 25,1 40 40,1 63 63,1 100 100,1 160 160,1 250 Promień zaorkąglenia dna wgłębień r2, mm 4 6 10 16 25 40 Szerokość lub średnica b, d, mm do 25 25,1 40 40,1 63 63,1 100 100,1 160 160,1 250 Promień zaokrąglenia w miejscu zmiany przekroju r3, mm 2,5 4 6 10 16 25 Po przeprowadzeniu doboru płaszczyzny podziału należy przewidzieć odpowiednie pochylenia bocznych ścian odkuwki. Pochylenia kuźnicze są stosowane aby ułatwić wyjmowanie odkuwek z matrycy. Jeżeli ściany boczne odkuwki podlegają obróbce skrawaniem, to pochylenia znacznie zwiększają wartość naddatków. W celu zmniejszenia naddatków należy dążyć do stosowania jak najmniejszych pochyleń. Wielkości pochyleń ścian odkuwek zależnie od metody produkcyjnej, wysokości ścian i rodzaju powierzchni (ściany wewnętrzne lub zewnętrzne) podano w tabeli 1.12. Pochylenia ścian wewnętrznych są większe niż zewnętrznych. Tłumaczy się to tym, że w czasie stygnięcia materiału (przy kuciu na młotach i prasach) ściany zewnętrzne odkuwki odrywają się od ścian wykroju, natomiast ściany wewnętrzne zaciskają się na wystającej części wykroju. Przy kuciu w kuźniarkach wielkość pochyleń ścian zewnętrznych zależy od kształtu odkuwki i sposobu jej wykonania. Jeżeli odkuwka ma dwa występy lub więcej (rys. 1.34a), to wewnętrzne i zewnętrzne ściany tych występów należy wykonać z pochyleniem pz. Dla odkuwek bez występów lub z jednym występem i wykonywanych w matrycy (rys. 1. 34c) ściany zewnętrzne wykonuje się bez pochylenia. Przy wykonywaniu odkuwek w stemplu (rys. 1. 34b) zewnętrznym ścianom odkuwki nadaje się nieznaczne pochylenia (1:50). Pochylenie ścian wewnętrznych zależy od głębokości wgłębienia. W odkuwkach niskich, np. w odkuwkach pierścieni, otwór wewnętrzny można wykonać bez pochylenia. W głębszych otworach (rys. 1. 34a, b, c), aby zmniejszyć naddatek na obróbkę stosuje się przebijanie stopniowe, przy czym do głębokości H1 Ł 0,5 do Strona 26 26

PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK można otwór wykonywać bez pochylenia, a pozostałą głębokość otworu wykonuje się z pochyleniem pw. Tabela1.12 Pochylenia ścian odkuwek Sposób wykonania odkuwki Pod młotem Pod prasą Pod prasą z wyrzutnikie m W kuźniarce Pochylenie ścian* Wewnętrznych pw Zewnętrznych pz pochylenie kąt Rodzaj ścianki Pochylenie kąt - - - 1:6 9 1:6 9 Ścianki normalne 1:10 6 1:10 6 1:6 9 Ścianki przy płytkim wgnieceniu Ścianki przy głębokim wgnieceniu 1:20 3 1:10 6 1:10 6 Ścianki normalne 1:20 3 rodzaj ścianki Ścianki przy wysokich żebrach Ścianki normalne Ścianki przy niskich odkuwkach Ścianki przy niskich żebrach Ścianki normalne 1:20 3-1:50 1 - - - - 1:20 3 1:20 3 do 1:50 0 1 Zależnie od głębokości wgłębień Przy przebijaniu otworu lub pogłębianiu 1:50 1 Powierzchnie prostopadłe do kucia Ścianki normalne - - - *Dla grubości poniżej 10 mm należy stosować pochylenie 1:10 (6 ). W przypadku odkuwki o kształcie bryły obrotowej stosuje się na rysunkach oznaczenia zbieżności o wielkości podwójnego pochylenia podanego w tablicy Strona 27 27

ROZDZIAŁ 1 1.4. Literatura 1. Bosiacki K.: Kucie matrycowe na młotach. PWT, Warszawa 1956. 2. Erbel St., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. PWN, Warszawa 1981. 3. Kapiński S., Skawiński P,, Sobieszczański J., Sobolewski J.Z.: Projektowanie technologii Maszyn. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007. 4. PN-ISO 8062:1997. Odlewy - system tolerancji wymiarowych i naddatków na obróbkę skrawaniem. 5. PN-EN 10243-1:2002. Stalowe odkuwki matrycowane. Tolerancje wymiarów. Część 1: Odkuwki kute na młotach i prasach. [4] Praca zbiorowa, tłumaczenie z j. rosyjskiego: Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym. WNT, Warszawa 1973. 6. Skarbiński M.: Zasady konstruowania odlewanych części maszyn. WNT, Warszawa 1968. 7. Wasiunyk P.: Kucie matrycowe. WNT, Warszawa 1968. Strona 28 28

2 Metodyka projektowania technologicznego W tym rozdziale: o Podstawy budowania procesu technologicznego o Składniki procesu technologicznego o Najważniejsze dokumenty technologiczne o Technologia obróbki powierzchni walcowych, płaskich i otworów o Przykłady procesu technologicznego

ROZDZIAŁ 2 2.1. Zasady podziału procesu technologicznego Proces technologiczny jest najważniejszą częścią procesu produkcyjnego, jest tokiem działań bezpośrednio związanych z wytwarzanym produktem. Podczas realizacji procesu technologicznego następuje zmiana właściwości i cech charakteryzujących przedmiot obrabiany, a w przypadku montażu, zmiana położenia względem innych części maszyny lub urządzenia. W szczególności będzie to zmiana: kształtu, wymiarów, właściwości fizyko-chemicznych i wyglądu przedmiotu obrabianego. Naturalnym dążeniem jest, aby proces technologiczny umożliwiał wytworzenie produktu o wymaganych właściwościach i o określonej jakości przy możliwie niskich kosztach produkcji i w możliwie krótkim czasie. W zależności od charakterystycznego i dominującego sposobu obróbki będziemy rozróżniali np. proces technologiczny kucia, odlewania, obróbki skrawaniem. W tym opracowaniu skoncentrujemy się na omówieniu procesu technologicznego wykonania części z surówek lub bezpośrednio z materiału wyjściowego, np. z pręta, w którym obróbka skrawaniem odgrywa rolę dominującą, a więc na świadomym planowaniu obróbki, operacja po operacji, poczynając od wyrobu w stanie wyjściowym, np. będzie to odkuwka, aż do wyrobu gotowego. Proces technologiczny zależy przede wszystkim od cech przedmiotu obrabianego, wymagań stawianych gotowemu wyrobowi i od wielkości produkcji (liczby produkowanych przedmiotów). Proces technologiczny takich samych przedmiotów w przypadku produkcji małoseryjnej i np. wielkoseryjnej będzie się pod wieloma względami bardzo różnił. Jest to spowodowane kalkulacją ekonomiczną. Inne czynniki wpływające na proces technologiczny, to rodzaj i cechy przedmiotu w stanie wyjściowym oraz park maszynowy, jakim dysponuje producent. Dokładność wykonania surówki w sposób oczywisty wpływa na charakter dalszej obróbki i liczbę operacji. Mało dokładna surówka odlewana do form piaskowych najczęściej będzie wymagała obróbki wielu powierzchni i wielu operacji. W przypadku odlewów ciśnieniowych obróbka skrawaniem może być ograniczona do nielicznych powierzchni i do mniejszej liczby operacji. Wybór surówki i stawianych jej wymagań będzie zależał od analizy kosztów produkcji. Strona 30 30

METODYKA PROJEKTOWANIA TECHNOLOGICZNEGO Planując proces technologiczny, dąży się, aby obróbkę przeprowadzić na istniejącym parku maszynowym. Tak postępuje się w małych zakładach i w wielkich. Można znaleźć przykłady, np. w przemyśle motoryzacyjnym, że już w fazie projektowania nowych modeli samochodów ich konstrukcja powstaje z myślą o wykorzystaniu istniejących linii obrabiarek. Nie jest to jednak wymaganie bezwzględne. Nowe inwestycje mogą być koniecznością techniczną, lub też mogą wynikać z rachunku ekonomicznego. Trzeba także zwrócić uwagę, że opracowanie procesu technologicznego powinno być poprzedzone analizą technologiczności konstrukcji. Nieraz niewielkie zmiany kształtu produkowanej części nie wpływają na jej funkcjonowanie w maszynie, a mogą wpłynąć na znaczne uproszczenie i potanienie procesu obróbki. Proces technologiczny składa się z operacji, a operacja składa się z zabiegów i czynności pomocniczych Operacja jest podstawową częścią procesu technologicznego wykonywaną na określonej części lub zespole części, na jednym stanowisku pracy, przez jednego pracownika lub grupę pracowników, bez przerw na inną pracę. Zabieg jest częścią operacji odnoszącą się do określonej powierzchni lub do kilku określonych powierzchni, obrabianych ustalonym narzędziem lub zestawem narzędzi i przy ustalonych parametrach obróbki. Rozróżnia się pojęcia: zabieg prosty i zabieg złożony. Zabieg prosty odnosi się do obróbki jednej powierzchni jednym narzędziem Gotowy wyrób osiągamy w wyniku kolejno następujących operacji, często wielozabiegowych. Ze względu na osiąganą dokładność wymiarową i chropowatość powierzchni operacje obróbki skrawaniem możemy orientacyjnie podzielić na trzy grupy [1] stopni obróbki, a mianowicie: obróbka zgrubna, obróbka wymiarowa średnio dokładna i dokładna, obróbka wykańczająca. Obróbka zgrubna jest obróbką mało dokładną. Osiągana dokładność wymiarowa najczęściej jest powyżej 11 lub 12 klasy dokładności wg ISO, a chropowatość powierzchni określana parametrem Ra przeważnie jest powyżej 10 mm. Celem tej obróbki jest przygotowanie obrabianych powierzchni do dalszych operacji pozwalających na uzyskanie większej Strona 31 31

ROZDZIAŁ 2 dokładności wymiarowej i większej gładkości powierzchni. W przypadku niektórych powierzchni, wobec których stawiane są niewielkie wymagania w zakresie dokładności wymiarowej i chropowatości, obróbka zgrubna kształtuje je na gotowo. (Powierzchnie surówki, których dokładność wymiarowa i stan powierzchni są wystarczające, nie są poddawane obróbce skrawaniem.) Niskie wymagania jakościowe, przy tej obróbce, pozwalają na wydajne skrawanie, z dużą głębokością skrawania i z dużym posuwem. Obróbka wymiarowa w połączeniu z obróbką zgrubną nazywane są obróbką kształtującą gdyż służą do osiągnięcia zamierzonego kształtu obrabianego przedmiotu. Na wielu powierzchniach obróbka skrawaniem kończy się na operacjach obróbki wymiarowej. Dokładność wymiarowa obróbki wymiarowej w zależności od wymagań zawiera się w przedziale 12 5 klasy dokładności i chropowatości R a w przedziale 10 0,16 µm. Obróbka wykańczająca pozwala uzyskać wysoką dokładność wymiarową 1, wysoką gładkość powierzchni, szczególne właściwości powierzchni lub warstwy wierzchniej. Typowymi operacjami obróbki wykańczającej są: dogładzanie oscylacyjne (honowanie), polerowanie, obróbka powierzchniowa zgniotem. Wymienionych grup obróbki nie należy utożsamiać z liczbą operacji (stopni obróbki) kształtujących daną powierzchnię. W przypadku wysokich wymagań w zakresie dokładności i chropowatości powierzchni może to być nawet pięć operacji, np.: operacja obróbki zgrubnej, dwie operacje obróbki wymiarowej i dwie operacje obróbki wykańczającej. Oprócz operacji obróbki zgrubnej, wymiarowej i wykańczającej w skład procesu technologicznego wchodzą także: operacje obróbki wstępnej, operacje obróbki cieplnej i cieplno chemicznej, operacje pomocnicze, inne operacje nadające powierzchni szczególne cechy lub właściwości, Strona 32 32 1 Przyporządkowane klasy dokładności i chropowatości stopniom obróbki mają charakter orientacyjny. Jeżeli np. powierzchnia będzie obrabiana w trzech operacjach, najpierw zgrubnie toczona z dokładnością odpowiadającą 12 klasie dokładności, potem toczona dokładnie z dokładnością odpowiadającą 7 klasie dokładności, a następnie szlifowana aby osiągnąć 5 klasę dokładności, to w praktyce warsztatowej szlifowanie zaliczymy do obróbki wykańczającej.

METODYKA PROJEKTOWANIA TECHNOLOGICZNEGO operacje kontroli jakości. Operacjami obróbki wstępnej są: ciecie materiału, trwałe łączenie części (spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie), kalibrowanie, prostowanie, wykonanie nakiełków, montaż części obrabianych w zespole. Obróbka taka, jak cięcie materiału lub wykonanie nakiełków może też być jednym z zabiegów operacji kształtującej, wtedy nie jest zaliczana do obróbki wstępnej. Operacje obróbki cieplnej i cieplno chemicznej. Celem obróbki cieplnej jest zmiana struktury stopu poprzez odpowiednie nagrzewanie i chłodzenie, co prowadzi do zmian właściwości fizycznych i mechanicznych. Najczęściej wstępna obróbka cieplna (wyżarzanie zupełne, wyżarzanie zmiękczające, normalizowanie, a nieraz także ulepszanie cieplne) przeprowadzana jest w walcowni, kuźni lub odlewni. Ostateczna obróbka cieplna przeprowadzana jest w trakcie dalszej obróbki surówki lub materiału wyjściowego. Oddziaływanie termiczne może spowodować deformację i zmianę objętości przedmiotu obrabianego, z tego względu wskazane jest umieszczanie operacji obróbki cieplnej na początku procesu. W przypadku dużych naddatków usuwanych podczas obróbki zgrubnej bardziej celowe jest przeprowadzenie operacji obróbki cieplnej po obróbce zgrubnej. Ułatwia to wnikanie obróbki cieplnej w głąb materiału, a także pozwala uniknąć wtórnej deformacji w przypadku naruszenia stanu naprężeń wewnętrznych wskutek usunięcia warstwy materiału o dużej grubości. Typowymi operacjami obróbki cieplnej umieszczanymi po obróbce zgrubnej są ulepszanie cieplne i wyżarzanie odprężające. Obróbki cieplno-chemiczne przeprowadza się w końcowych fazach procesu technologicznego, lub po zakończeniu obróbki skrawaniem. Głębokość warstwy przemienionej w wyniku tych obróbek jest niewielka. W zależności od rodzaju obróbki wynosi od kilku setnych milimetra do nieco ponad dwa milimetry. Do najczęściej stosowanych obróbek cieplno-chemicznych należą: nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie. Nawęglanie przeprowadza się po zakończeniu obróbki wiórowej powierzchni do nawęglenia, z pozostawieniem naddatku na szlifowanie wynoszącym kilka dziesiątych milimetra. Grubość warstwy nawęglonej wynosi od kilku dziesiątych mm do 2,5 mm. Po zahartowaniu i odpuszczeniu warstwy nawęglonej następuje szlifowanie na wymiar docelowy. (Powierzchnie przedmiotu, które nie powinny być utwardzone należy chronić przed nawęgleniem, np. poprzez pokrycie ich pastami zabezpieczającymi. Skutecznym sposobem zabezpieczenia przed zahartowaniem Strona 33 33

ROZDZIAŁ 2 Strona 34 34 jest nawęglenie całego przedmiotu, a następnie usunięcie warstwy nawęglonej z powierzchni, które powinny pozostać miękkie. Wymaga to pozostawienia na tych powierzchniach naddatku o grubości zależnej od głębokości nawęglania i przeprowadzeniu obróbki wiórowej po nawęgleniu.) Warstwa utwardzona poprzez azotowanie lub cyjanowanie jest bardzo cienka, wynosi od kilku setnych do kilku dziesiątych milimetra. Temperatura osiągana przy tych operacjach jest przeważnie niższa niż przy nawęglaniu, tym bardziej więc nie ma obaw, że obróbka ta spowoduje zmiany wymiarowe, toteż te operacje umieszcza się najczęściej po zakończeniu obróbki na żądany wymiar. Sporadycznie po azotowaniu i cyjanowaniu stosuje się docieranie. Operacje pomocnicze. Do operacji pomocniczych zalicza się prostowanie, usuwanie zadziorów, mycie i odtłuszczanie. (Usuwanie zadziorów często jest dołączane do innych operacji jako jeden z zabiegów.) Inne operacje nadające powierzchni szczególne cechy lub właściwości. W zależności od wymagań określonych przez konstruktora mogą to być bardzo różne operacje, np.: natryskiwanie, napawanie, nakładanie powłok (w tym malowanie), cechowanie. Operacje kontroli jakości. Operacje kontroli jakości wyszczególnione w procesie technologicznym są prowadzone przez wyspecjalizowane komórki organizacyjne zakładu produkcyjnego, lecz bieżąca (czynna) kontrola jakości jest także powiązana z realizacją poszczególnych operacji. Tę bieżącą kontrolę prowadzą pracownicy wykonujący daną operację lub coraz częściej systemy automatycznego nadzoru. Usytuowanie operacji kontroli jakości w procesie technologicznym i jej zakres (kontrola 100% lub statystyczna) zależy od wymagań stawianych obrabianemu przedmiotowi i od wielkości produkcji. Jako orientacyjne wskazania do usytuowania kontroli międzyoperacyjnych proponuje się następująco: wprowadzać operację kontroli po operacji finalizującej obróbkę wymiarową powierzchni szczególnie ważnych dla funkcjonowania danej części maszyny, przed operacjami drogimi, po operacjach obróbki cieplnej. Proces technologiczny należy kończyć operacją końcowej kontroli jakości. Przeważnie konieczna jest obróbka wielu powierzchni przedmiotu obrabianego. Zróżnicowane jest znaczenie funkcjonalne poszczególnych powierzchni. Niektóre powierzchnie decydują o prawidłowym funkcjonowaniu obrobionego przedmiotu w zespole części wchodzących w skład maszyny lub urządzenia. Powierzchniom tym najczęściej stawiane są

METODYKA PROJEKTOWANIA TECHNOLOGICZNEGO podwyższone wymagania, co do dokładności wymiarowej, chropowatości powierzchni i stanu przylegającej warstwy wierzchniej. Powierzchnie te nazywa się powierzchniami podstawowymi, a pozostałe powierzchnie powierzchniami drugorzędnymi. Budując proces technologiczny należy się skoncentrować na prawidłowym poprowadzeniu obróbki powierzchni podstawowych. Obróbkę powierzchni drugorzędnych planujemy niejako przy okazji. Oczywiście wszystkie powierzchnie muszą być wykonane zgodnie z wymaganiami określonymi na rysunku konstrukcyjnym. Rysunek 2.1. Przykład operacji wiertarskich przy produkcji: a) jednostkowej, b) seryjnej, c) masowej [7] Decydujące znaczenie dla osiągnięcia zamierzonego celu obróbki ma właściwy dobór baz obróbkowych, czyli tych powierzchni, w stosunku do których będą zorientowane inne powierzchnie obrabiane. Powierzchnie bazowe powinny być obrobione w początkowej fazie obróbki i naj- Strona 35 35

ROZDZIAŁ 2 lepszym rozwiązaniem jest zachowanie niezmienności powierzchni bazowych. Główną powierzchnią bazową może być jedna z powierzchni podstawowych, lub powierzchnia spełniająca tylko rolę powierzchni bazowej. Orientacyjny schemat procesu obróbki można ująć następująco: 1. Operacje wstępne (jeżeli istnieje potrzeba). 2. Obróbka powierzchni bazowych. 3. Obróbka zgrubna powierzchni podstawowych i tych powierzchni drugorzędnych, których nie powinno się obrabiać oddzielnie. 4. Obróbka zgrubna i ewentualnie wymiarowa powierzchni drugorzędnych. 5. Obróbka cieplna. 6. Operacje związane z obróbką cieplną, w tym kontrola jakości. 7. Obróbka wymiarowa (średnio dokładna i dokładna) powierzchni podstawowych. 8. Obróbka wykańczająca powierzchni podstawowych. 9. Ewentualnie obróbka wykańczająca powierzchni drugorzędnych. 10. Obróbka cieplno-chemiczna (jeżeli jest wymagana). 11. Ewentualna obróbka wykańczająca powierzchni po obróbce cieplno-chemicznej. 12. Końcowa kontrola jakości. Szczegółowe decyzje dotyczące charaktery i liczby operacji zależą od wymagań określonych na rysunku konstrukcyjnym obrabianej części, od zadań tej części w maszynie, od wielkości produkcji, od dostępnego parku obrabiarek. Na rysunku 2.1 zobrazowano organizację obróbki otworów w zależności od wielkości produkcji. Trzeba tu zaznaczyć, że przy produkcji jednostkowej (na rysunku przypadek a) wiercenie musi być poprzedzone czasochłonnym i mało dokładnym trasowaniem. Projektując proces technologiczny można dążyć do koncentracji lub różnicowania operacji. Obecnie stosuje się dość dużą koncentrację operacji. Szczególnie szerokiej koncentracji operacji sprzyjają współczesne obra- Strona 36 36

METODYKA PROJEKTOWANIA TECHNOLOGICZNEGO biarki numeryczne pozwalające np. na łączenie operacji tokarskich i frezarskich. 2.2. Dokumentacja technologiczna Najważniejszymi dokumentami technologicznymi są: plan operacyjny zwany też planem obróbki lub kartą technologiczną, instrukcje technologiczne. Polskie Normy proponują wzory tych dokumentów. Aktualne wersje są zgodne z normami ISO. Najczęściej zakłady produkcyjne dostosowują formularze najważniejszych dokumentów technologicznych do swoich potrzeb. Forma tych dokumentów w znacznym stopniu zależy od wielkości produkcji. Przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej opis procesu technologicznego jest najczęściej uproszczony. Przy produkcji masowej ten opis jest rozbudowany i bardzo szczegółowy. Plan technologiczny sporządza się na tzw. karcie technologicznej. (Obecnie takie karty opisują normy PN-90/M-01160, PN-83/M-01250). Plan technologiczny jest spisem operacji w kolejności ich wykonania z podaniem niektórych informacji o tych operacjach. Na rys. 2. 3 zamieszczono przykładową kartę technologiczną. Instrukcja technologiczna zawiera najważniejsze informacje niezbędne do przeprowadzenia operacji, w tym: Wykaz zabiegów wraz z podaniem parametrów obróbki i informacji pochodnych pozwalających na prawidłowe nastawienie obrabiarki. Rysunek części po obróbce z zaznaczonymi linią grubą powierzchniami obrabianymi, z podanymi wymiarami i ich tolerancją, wymaganiami co do kształtu i położenia (tab. 2.1) oraz chropowatością powierzchni, jakie muszą być osiągnięte w danej operacji. Rysunek ten powinien także zawie- Strona 37 37

ROZDZIAŁ 2 rać symbole określające sposób ustalania i mocowania przedmiotu, tabl. 2.2. Wskazanie obrabiarki oraz wykaz uchwytów i przyrządów, narzędzi skrawających i pomiarowych. Inne informacje ważne dla zachowania ładu w organizacji produkcji. Przykład karty instrukcyjnej podano na rysunku 2.4. 2.3. Naddatki na obróbkę Decyzje o wartości naddatków na obróbkę podejmuje się podczas projektowania surówki, odlewu lub odkuwki. W zależności od przyjętej metody wytwarzania surówki zalecane wartości naddatków mogą być niewielkie lub bardzo duże. Decydując się na dostępne bardzo dokładne metody można osiągnąć wystarczającą dokładność wymiarową i chropowatość na wielu powierzchniach. Oznacza to jednak najczęściej wysoki koszt wykonania surówki. Wartość naddatku powinna być jak najmniejsza, ale równocześnie na tyle duża, aby w procesie obróbki można było osiągnąć żądaną jakość powierzchni. Różnica pomiędzy wymiarem surówki i wymiarem gotowego wyrobu jest naddatkiem całkowitym. Różnica pomiędzy wymiarami nominalnymi określi naddatek nominalny. Minimalna wartość naddatku będzie różnicą pomiędzy dolnym wymiarem granicznym surówki i górnym wymiarem granicznym gotowego wyrobu. Całkowity naddatek jest zdejmowany w kolejnych operacjach. Na każdą z kolejnych operacji obróbki skrawaniem musi być przewidziany naddatek zwany naddatkiem operacyjnym, rys.2.5. Suma naddatków operacyjnych musi się równać naddatkowi całkowitemu. W przypadku naddatku jednostronnego będzie [1]: C = g 1 + g 2 +...+ g n gdzie: C nominalny naddatek całkowity, g 1, g 2,... g n - nominalny naddatek operacyjny w kolejnych stopniach obróbki. Strona 38 38