Методика разработки и оформления технологической части дипломного проекта

Многие студенты воспринимают технологическую часть дипломного проекта как формальность. Однако именно здесь теоретические знания встречаются с производственной практикой, и именно этот раздел определяет реальную инженерную ценность всей работы. Разработка технологического процесса — это задача, в рамках которой решается все: от выбора оборудования до расчета времени на изготовление детали. Этот процесс занимает в среднем от 20 до 40 часов чистого времени и часто составляет 3-4 полноценные главы работы. Цель этой статьи — дать вам четкий пошаговый алгоритм, который поможет сэкономить десятки часов и избежать типичных ошибок при проектировании.

Итак, с чего начинается этот важный и трудоемкий процесс? С фундамента — анализа исходных данных.

Первый этап. Как грамотно проанализировать чертеж детали и исходные данные

Анализ чертежа — это отправная точка всего технологического проектирования. Ваша задача — научиться «читать» его не как простое изображение, а как детализированное техническое задание, извлекая всю информацию, необходимую для последующих расчетов. Это критически важный этап, определяющий всю дальнейшую логику действий.

На что следует обратить пристальное внимание:

• Материал детали: Марка стали (например, сталь 45 или легированная сталь 40Х) напрямую влияет на ее обрабатываемость, выбор режущего инструмента и режимов резания.
• Габариты и масса: Эти параметры определяют, какой станок потребуется и как будет крепиться заготовка.
• Допуски и посадки: Анализ накопления допусков — ключевой момент для обеспечения точности. Он показывает, какие поверхности требуют наиболее точной обработки.
• Требования к шероховатости: Этот параметр диктует необходимость финишных операций, таких как шлифование или полирование.
• Особые конструктивные элементы: Наличие шпоночных пазов, сложных отверстий или резьбы формирует последовательность фрезерных, сверлильных и других специализированных операций.

Комплексная оценка этих параметров позволяет не только понять конструкцию, но и оценить ее технологичность, иногда используя для этого специальные формулы коэффициента технологичности. После того как мы полностью поняли, что нам предстоит изготовить, необходимо определить, в каких условиях мы будем это делать. Это подводит нас к ключевому решению — определению типа производства.

Второй этап. Определяем тип производства как основу для всех последующих решений

Выбор типа производства — это стратегическое решение, которое кардинально влияет на всю технологическую цепочку: от выбора оборудования до организации рабочих мест. Существует три основных типа, каждый со своими особенностями.

1. Единичное производство: Характерно для уникальных, неповторяющихся изделий (например, прототипы, сложное оборудование). Используется универсальное оборудование, способное выполнять широкий спектр операций, и требуется высокая квалификация рабочих.
2. Серийное производство: Самый распространенный тип в машиностроении. Изделия изготавливаются периодически повторяющимися партиями. Здесь применяется как универсальное, так и специализированное оборудование, включая станки с ЧПУ, а также специальная технологическая оснастка.
3. Массовое производство: Ориентировано на выпуск больших объемов однотипной продукции в течение длительного времени (например, автомобильные компоненты, крепеж). Производство строится на высокоавтоматизированных и роботизированных линиях с жестко закрепленной последовательностью операций.

Пример на практике: Допустим, ваша годовая программа выпуска детали составляет 40 000 штук, а ее масса — 0,37 кг. Такой объем является слишком большим для единичного производства, но недостаточным для организации полностью автоматизированной линии массового производства. Следовательно, мы делаем однозначный вывод о серийном типе производства.

Этот выбор сразу же ставит перед нами конкретные задачи: необходимо экономически обосновать размер производственной партии, использовать более производительное оборудование и задуматься о применении специализированной оснастки для сокращения времени на установку и крепление деталей. Теперь, когда мы знаем, что производство будет серийным, мы можем перейти к конкретным расчетам.

Третий этап. Рассчитываем размер партии и выбираем заготовку

В условиях серийного производства детали изготавливаются не поштучно, а партиями. Размер этой партии — не случайная величина, а результат экономического расчета, который балансирует между затратами на частую переналадку оборудования и расходами на хранение большого количества заготовок и готовых деталей.

Расчет оптимального размера партии можно провести по различным формулам, одна из которых выглядит так:

n = (N × а) / 254, где:

• n — количество деталей в партии, шт.
• N — годовая программа выпуска, шт.
• а — периодичность запуска партии в производство, дней (в нашем примере примем 6 дней).
• 254 — количество рабочих дней в году.

Подставим наши данные: n = (40 000 × 6) / 254 ≈ 928 единиц.

Именно этот результат напрямую влияет на выбор заготовки. Весь процесс технологического планирования начинается с этого шага. Для единичного производства было бы допустимо вырезать деталь из цельного проката, но для серийного производства с партией почти в тысячу штук это экономически невыгодно из-за больших потерь материала в стружку и высокой трудоемкости. Поэтому для нашего случая оптимальным решением будет использование более точной заготовки, полученной, например, методом горячей штамповки или точного литья. Это позволит значительно сократить припуски на механическую обработку и, как следствие, снизить затраты. Мы определили размер партии и заготовку. Следующий логический шаг — спроектировать «путь», который эта заготовка пройдет, чтобы стать готовой деталью.

Четвертый этап. Проектируем маршрут механической обработки

Проектирование маршрутной технологии — это по сути создание «дорожной карты» для заготовки. На этом этапе мы определяем логичную и экономически целесообразную последовательность операций, которая превратит исходную заготовку в готовую деталь с заданными параметрами точности и качества.

Главный принцип построения маршрута — переход от черновых операций к чистовым. Сначала удаляются большие объемы материала (черновая обработка), затем формируются точные размеры (чистовая), и только в конце выполняются финишные операции для достижения требуемой шероховатости и точности (шлифование, полирование).

Рассмотрим примерный маршрут для детали типа «вал»:

1. Токарная черновая операция: Снятие основного припуска, формирование ступеней вала.
2. Токарная чистовая операция: Обработка поверхностей под окончательный размер перед термообработкой.
3. Фрезерная операция: Фрезерование шпоночного паза.
4. Сверлильная операция: Сверление поперечных отверстий.
5. Термообработка (закалка и отпуск): Повышение твердости и прочности детали.
6. Шлифовальная финишная операция: Достижение финальной точности размеров и шероховатости на поверхностях, которые «повело» после термообработки.

Такая последовательность абсолютно логична: например, термообработка всегда вызывает небольшие деформации, поэтому финишное шлифование выполняется после нее, чтобы убрать эти погрешности. Кроме того, при проектировании маршрута важно стремиться к минимизации переустановок детали, так как каждая новая установка — это потеря времени и потенциальное снижение точности базирования. Когда общий маршрут готов, пора детализировать каждый его шаг.

Пятый этап. Детализируем операции и подбираем оборудование

Теперь абстрактный маршрут нужно превратить в набор конкретных, детально прописанных операционных карт. Если маршрут отвечал на вопрос *»что делать?»*, то операционная технология отвечает на вопросы *»как именно, на чем и чем делать?»*. Для сложной детали количество операций может достигать 5-15 штук.

Давайте детализируем нашу чистовую токарную операцию из примера выше. Процесс будет выглядеть так:

• Выбор оборудования: Поскольку у нас серийное производство, оптимальным выбором будет токарный станок с ЧПУ. Он обеспечивает более высокую производительность и повторяемость по сравнению с универсальным станком, что критически важно при обработке партии из 928 деталей.
• Выбор крепежной оснастки: Для установки вала будем использовать трехкулачковый патрон и вращающийся центр в задней бабке для обеспечения жесткости и точности обработки.
• Выбор режущего инструмента: Потребуется несколько резцов: проходной чистовой для наружных диаметров, подрезной для торцов и канавочный для проточки канавок. Материал пластин — твердый сплав, подобранный под обрабатываемость стали 40Х.

Современный подход к проектированию таких операций немыслим без CAM-систем. Эти программы позволяют создать 3D-модель обработки, визуализировать движение инструмента, избежать столкновений и автоматически сгенерировать управляющую программу для станка с ЧПУ. Это яркий пример цифровизации производства в рамках концепции Индустрии 4.0. Оборудование и инструмент выбраны. Теперь нужно определить, с какими параметрами они будут работать.

Шестой этап. Выполняем расчет режимов резания и нормируем время

Это кульминация технологических расчетов. Именно здесь определяется, насколько эффективным и экономичным будет ваш процесс. Неправильно подобранные режимы могут привести либо к поломке инструмента и браку, либо к неоправданно долгой обработке.

Ключевые режимы резания, которые необходимо рассчитать:

• Глубина резания (t, мм): Толщина срезаемого слоя материала за один проход.
• Подача (S, мм/об): Расстояние, на которое перемещается резец за один оборот заготовки.
• Скорость резания (V, м/мин): Окружная скорость на поверхности заготовки. Она зависит от материала детали и инструмента и рассчитывается по справочникам и формулам.

После расчета режимов определяется норма времени на операцию. Она складывается из нескольких компонентов, образуя штучное время — время, необходимое на изготовление одной детали в условиях серийного производства.

Структура штучного времени:
Тшт = То + Тв + Тоб + Тпз, где:
То — основное (машинное) время, когда происходит непосредственное резание.
Тв — вспомогательное время (установка и снятие детали, подвод инструмента, управление станком).
Тоб — время на обслуживание рабочего места.
Тпз — время на подготовительно-заключительные операции в расчете на одну деталь.

Суммировав штучное время по всем операциям, мы получаем полную трудоемкость изготовления детали. Все расчеты выполнены. Финальный шаг — грамотно представить результаты работы в виде стандартной технологической документации.

Седьмой этап. Оформляем технологическую документацию

Вся огромная проделанная работа — анализ, расчеты, выбор оборудования — сводится в единый комплект технологической документации. Это официальный «рецепт» изготовления детали, понятный любому инженеру или рабочему на производстве. Ключевыми документами являются маршрутная и операционные карты (включая карты наладки).

Маршрутная карта — это документ верхнего уровня. Она содержит:

• Перечень всех операций в правильной последовательности.
• Наименование цеха и участка для каждой операции.
• Модель оборудования.
• Профессию и разряд рабочего.

Карта наладки (или операционная карта) детализирует каждую операцию. Для примера с токарной обработкой она будет включать:

• Эскиз установки: Схематичное изображение детали в приспособлении с указанием обрабатываемых поверхностей и размеров.
• Режущий инструмент: Полный перечень резцов, сверл, фрез с указанием их геометрии и материала.
• Вспомогательный инструмент: Патроны, центры, оправки.
• Режимы резания: Конкретные значения скорости, подачи и глубины для каждого перехода.
• СОЖ: Указание на необходимость использования смазочно-охлаждающей жидкости.
• Контролируемые параметры: Четкое указание, какие размеры и какой шероховатости необходимо проверить после выполнения операции, и каким измерительным инструментом.

Важно также предусмотреть контрольные точки качества. Обычно они устанавливаются после самых ответственных операций (например, после чистовой обработки) и на этапе финальной приемки готовой детали. Грамотно оформленная документация — это залог стабильного качества и предсказуемости производственного процесса.

Список использованной литературы

1. Лукин Л.Л. Выбор способа формообразования и проектирования заготовок.- Ижевск, 1998г с.150
2. Косилов А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки заготовки и припуски в машиностроении.- М.: 1976г с.288
3. Барановский Ю.В. Режимы резания металлов.- М.: машиностроение 1972г с.407
4. Нефедов Н.А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту.- М.: Машиностроение, 1990г с.444
5. Общемашиностроительные нормативы времени. Серийное производство. М.: Машиностроение 1964г с.396
6. Гельфгат Ю.И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения.- М.: Высшая школа, 1986г с.271
7. Ачеркан Н.С. Сборник металиста том 3.- М.: Машиностроение 1965г с.811
8. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету технология машиностроения.- М.: Машиностроение 1985г с.183
9. Лукин Л.Л., Маслов Л.Н. Дипломное проектирование по технологии машиностроения: Учеб. пособие/Под. Общ. Ред. Л.Л. Лукина.- Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2000.-396с.
10. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [Учеб. пособие для машиностроит. cпец. вузов]. – 4-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа, 1983. – 256 с., ил.
11. Золотогоров В.Г. Организация и планирование производства: Практ. пособие. – Мн.: ФУ Аинформ, 2001 – 528 с.
12. Пашушо В.П. Организация и нормирование труда на предприятии: Учеб. пособие. – Мн.: Новое знание. 2001. – 304 с. – (Экономическое образование).
13. Сокол Т.С. Охрана труда [текст]: учеб. пособие/ Т.С. Сокол; под общ. ред. Н.В. Овчинниковой. – Мн.: Дизайн ПРО, 2005. – 304 с.: ил.
14. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. М., «Машиностроение» 1965.
15. Фрайфельд. Расчеты и конструирование специального металлорежущего инструмента 1968.-200с.