Как технические требования влияют на стоимость металлообработки, пути снижения цены деталей.

Представленные в статье рекомендации и табличные данные могут помочь при заказе на обработку металлических деталей на начальной стадии – при разработке сопроводительной документации или при внесении изменений в действующие нормативные документы. Целью исследования является минимизация стоимости производства заказанных изделий, так как неоправданное завышение требований поднимает цену изготовленной продукции.

Рассмотрим токарные и фрезерные технологические операции, применяемые при обработке заготовок из металлов и сплавов. Конечная стоимость деталей определяется ключевыми факторами:

• какой выбран металл – такие механические свойства как вязкость и твердость влияют на обрабатываемость и, как следствие, на выбор стойкости инструмента;
• какие в задании указаны требования к точности – применяются квалитеты (от английского quality – качество) как система допусков на размеры, формы посадок и расположение поверхностей;
• какая выбрана чистота обработки – расчетная шероховатость поверхности. Перед оформлением заказа следует учитывать свободные слои, которые при работе не будут входить в соединение с другими деталями или имеющие зазор к поверхностям. Для них из соображений экономии следует выбирать низкий класс шероховатости.

Выбор металлов и сплавов

Стандарт ISO 513 предусматривает 6 групп в зависимости от степени обрабатываемости. Упростим задачу, в широком аспекте все применяемые металлы и их сплавы делятся на 3 вида:

• Цветные – алюминий и его сплавы с магнием, оловом, медью и цинком. Обладают удельной силой резания от 700 до 800 н/мм² и считаются легко обрабатываемыми и сохраняющими стойкость инструмента. В эту группу входит также титан, но он дорог сам по себе и хуже поддается обработке из-за высокой вязкости. В общем случае, высокая твердость влечет за собой повышенный расход инструментария.
• Черные – чугуны и стали с удельной силой резания от 1350 до 3300н/мм², для них расход фрезерного и токарного инструмента гораздо выше. Самыми тяжелыми в обработке являются нержавеющие и жароустойчивые стали, время резки и шлифовки в 3-4 раза больше, чем для легких сплавов.
• Закаленные черные – самые труднообрабатываемые, удельная силой резания превышает 4600н/мм². Для них применяется токарная обработка, а фрезерная трудновыполнима и редко встречается.

Обрабатываемость материалов

Значения твердости и варианты термической обработки различных марок сталей

На этапе проектирования можно предусмотреть снижение стоимости детали, если сделать выбор в пользу легкообрабатываемых материалов.

Оптимальные требования к точности

Систему взаимодействия станка с обрабатываемой деталью обеспечивают инструменты. Они изменяются, «садятся» в процессе работы, что приводит к погрешностям в достижении точности и их приходится менять, что сказывается на цене.

Для вращательных инструментов характерны радиальное и торцевое биение, поэтому для выполнения заказа высокой точности применяются дорогостоящие высококачественные фрезы большой длины.

К погрешностям относится также «отжим» приспособлений силами резания, который тем больше, чем менее податлив обрабатываемый материал. Средством борьбы с отжимом служит убавление толщины слоя, срезаемого за один проход, но при этом неизбежно увеличивается машинное время.

Чтобы избежать сложных схем и комбинаций инструментов важно выбрать оптимальные поля допусков на уровне квалитета:

• 12 уровень и грубее - обеспечивается без особых затрат;
• с 11 по 8 - размеры средней точности;
• зона ниже 7 - повышенной точности.

Особое внимание уделяется при назначении допусков формы и расположения поверхностей, здесь стоимость детали возрастает в разы, а не на проценты.

Правильные требования к шероховатости

При оформлении технического задания на изготовление металлических деталей важно иметь исчерпывающее представление о том, в каких условиях они будут эксплуатироваться и правильно определиться с приоритетными свойствами:

• устойчивостью к вибрации;
• прочностью при циклических нагрузках;
• контактной жесткостью;
• стойкостью к износу.

К назначению параметров шероховатости следует подходить рационально, применять наибольшие значение, допускаемые конструктивными требованиями. Например, при слишком гладких сопрягаемых поверхностях может возникнуть явление «схватывания», при котором частицы металла отрываются от внешнего слоя трущихся поверхностей. Для таких случаев нормируется исходная шероховатость

Иногда в повышенных требованиях нет необходимости, например, шероховатость бывает необходима для удержания подшипников скольжения или в соединениях с натягом. Имеются оптимальные параметры, отклонение от которых снизит рабочие характеристики соединения.

В интересах снижения стоимости обработки рекомендуется предъявлять меньшие требования к шероховатости, совместимые с надежной работой конструкции. В амплитуде достижимых значений высокая чистота поверхности влечет за собой дополнительные материальные и трудовые затраты, а это приводит к удорожанию изделия.

Характерные значения классов шероховатости в зависимости от видов обработки

Требования к шероховатости, обеспечивающие работоспособность узлов конструкции

Подведем итог:

1. Отдавайте при возможности предпочтение материалам, имеющим меньшую удельную силу резания и более простым в обработке.
2. Избегайте указания преувеличенно точных размеров для узких карманов и глубоких полостей, где для обработки требуется особо длинный и тонкий инструмент.
3. Без необходимости воздержитесь от повышенных требований к шероховатости поверхности.