Проблемы, возникающие при конструировании деталей из металла, изготавливаемых литьём с последующей механической обработкой

Детали, изготавливаемые литьём с последующей механической обработкой, составляют значительную долю вновь изготавливаемых изделий во многих отраслях промышленности. Автор статьи хочет поделиться своим взглядом на проблемы, возникающие при конструировании таких деталей. Речь идёт исключительно про 3D моделирование и оформление чертежей по 3D моделям.

Автор статьи с 1993-го года использует 3D модели и чертежи на такие детали в виде исходных данных для конструирования технологической оснастки для изготовления таких деталей.

1. Нежелание и неумение конструкторов деталей, изготавливаемых литьём с последующей мехобработкой, строить на 3D модели уклоны в правильном направлении от линии разъёма на необрабатываемых (литых) поверхностях.

Конструктор изделия знает, что деталь будет изготавливаться литьём с последующей мехобработкой. Поэтому он в самом начале конструирования такой детали должен сам задать разъём и уклоны в правильном направлении у необрабатываемых поверхностей. То есть так, как именно ему нужно. Фактически этого не происходит. Если автору статьи и выдадут 3D модель, то обязательно без уклонов, да ещё и с очень странно построенными скруглениями. И зачем нужна такая 3D модель? 3D модель без уклонов и 3D модель с уклонами имеют разную топологию и порядок построения операций. То есть намного проще заново построить 3D модель с уклонами, чем пытаться редактировать 3D модель без уклонов, даже с деревом построения.

Уклоны на необрабатываемых поверхностях являются частью геометрии детали, и за неё отвечает конструктор детали, а для конструктора литейной оснастки эта геометрия закон, он не имеет права её менять, но по факту происходит обратное. Конструктор литейной оснастки тратит до половины своего времени на корректировку геометрии детали и только вторую половину времени занимается непосредственно своей работой — конструированием литейной оснастки для получения этой детали в виде отливки и собственно 3D модели и чертежа самой отливки.

Ещё раз, что происходит по факту. Конструктор литейной оснастки получает от заказчика исходные данные на детали в виде 3D модели без уклонов на необрабатываемых поверхностях и чертёж детали по этой 3D модели, где в техтребованиях есть глупая фраза — «Формовочные уклоны по ГОСТ 3212-92 в сторону увеличения тела отливки». Они сами-то хоть раз пробовали найти в этом ГОСТе правильное значение уклона? Это не так просто и, по мнению автора статьи, совершенно не обязательно. Но даже если для конструктора детали принципиально важно, чтобы уклоны на необрабатываемых поверхностях были из этого ГОСТа, то пусть сам и выцепит из этого ГОСТа правильное значение уклона и построит эти уклоны на 3D модели детали, ибо это геометрия детали, за которую он отвечает.

По мнению автора статьи, значение уклонов нужно брать проще — чем больше уклон, тем лучше. Если в конструкции детали на необрабатываемых поверхностях можно задать уклон, например, аж 5 градусов, то и нужно его задать. Однако во многих случаях увеличение уклона ведёт к увеличению массы детали, что не всегда допустимо. Но, опять же, это должен решать конструктор детали.

Никто кроме него не знает, будет такой уклон чему-то мешать, будет ли от такого уклона портиться внешний вид и т. д. И нужно активно применять команду «Анализ уклона», которая есть в базовом функционале любой CAD-системы кроме КОМПАС-3D.

У конструктора литейной оснастки есть свои проблемы с уклонами на обрабатываемых поверхностях отливки. Но это уже к детали и к конструктору детали не имеет никакого отношения.

2. Нежелание и неумение конструкторов деталей, изготавливаемых литьём с последующей мехобработкой, правильно и в полном объёме строить скругления на 3D модели.

Скругления на необрабатываемых поверхностях также являются частью геометрии детали, и строить их должен конструктор детали и никто иной. По факту же на 3D модели скругления построены некорректно и не везде. И снова в чертеже появляется другая глупая фраза, например: «неуказанные литейные радиусы 2...4 мм». Что значит неуказанные, то есть деталь недостроена, полуфабрикат? Ты конструктор детали, ты и указывай/строй эти скругления. какие тебе надо.

По опыту автора статьи, чтобы скругления на 3D модели получились корректные, нужно сначала построить скругления, которые убавляют материал, а затем которые прибавляют (галтели).

3. Несколько примеров 3D моделей деталей, изготавливаемых литьём с последующей мехобработкой, полученных от заказчика и переделанных автором статьи с учётом технологии изготовления.

Приведу несколько примеров 3D моделей деталей. Для наглядности обработанные поверхности на исправленных 3D моделях выделены красным цветом.

Самое поразительное, что конструкторы детали даже не могут правильно построить маркировку с уклонами и скруглениями.

4. Правильность задания размерной цепочки у деталей, изготавливаемых литьём с последующей механической обработкой.

Этот вопрос уже довольно подробно изложен в первой статье автора («Проблемы, не решённые во многих CAD-системах при разработке 3D моделей и чертежей на литые детали и отливки»), но стоит этот вопрос дополнить и уточнить, ибо это очень важно.

Дело в том, что в настоящее время редко кто соблюдает п.4.15 ГОСТ 2.307-2011 «ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений».

4.15 При выполнении рабочих чертежей деталей, изготовляемых отливкой, штамповкой, ковкой или прокаткой с последующей механической обработкой части поверхности детали, указывают не более одного размера по каждому координатному направлению, связывающего механически обрабатываемые поверхности с поверхностями, не подвергаемыми механической обработке.

То есть суть вопроса состоит в том, чтобы по каждому координатному направлению детали стоял только один размер, или «первый размер», между поверхностью, получаемой литьём (литейная или черновая база), и поверхностью, получаемой механической обработкой (база механической обработки — поверхность, получаемая при первой операции механической обработки).

Литейной (черновой) базой называют поверхность или ось, по которой производят первую операцию механической обработки.

Поверхностная черновая база представляет собой необрабатываемую поверхность достаточной протяжённости, параллельную или перпендикулярную к базе механической обработки — поверхности, обрабатываемой при первой механической операции. Конфигурация черновой базы должна обеспечивать удобное и устойчивое крепление детали при механической обработке; затяжка по базе не должна вызывать коробления отливки.

От черновой базы координируют все остальные литейные поверхности, от базы механической обработки — все остальные механически обрабатываемые поверхности.

Если не соблюдать это требование, то получится цепочка размеров, которую невозможно выполнить при механической обработке. То есть получается, что конструктор, разрабатывающий деталь, получаемую литьём с последующей механической обработкой, и определяет цепочкой размеров порядок операций механической обработки. Поэтому очень важно чтобы эта цепочка размеров была правильной.

В общем случае литейных (черновых) баз должно быть три — по одной для каждой из осей пространственной системы координат.

Про более сложные случаи с осевыми базами мы здесь говорить не будем, отнесём это к комментариям.

Задавая «первые размеры», конструктор детали и определяет, где литейные (черновые) базы, а где базы механической обработки. Эти базы «первыми размерами» опять же должен задавать конструктор детали, а не технолог-литейщик и не технолог по мехобработке.

Также часто конструкторы детали в техтребованиях забывают или просто не знают, что нужно задавать точность отливки по ГОСТ Р 53464-2009. Этим они задают размерную точность, степень коробления, степень точности поверхностей и класс точности массы с допуском смещения.

То есть в техтребованиях для неуказанных предельных отклонений размеров должно быть два пункта:

1. неуказанные предельные отклонения размеров между поверхностями, получаемыми мехобработкой, должны быть указаны по ГОСТ 30893.1-2002, например: «Общие допуски по ГОСТ 30893.1 —m»;
2. неуказанные предельные отклонения размеров между поверхностями, получаемыми литьём, должны быть указаны по ГОСТ Р 53464-2009, например: «Точность отливки 9-0-9-6 ГОСТ Р 53464-2009. Поле допуска симметричное».

5. На чертежах деталей, изготавливаемых литьём с последующей мехобработкой, не указывается значение параметра неуказанной шероховатости для необрабатываемых (литых) поверхностей.

Почему-то в большинстве чертежей деталей, изготавливаемых литьём с последующей мехобработкой, в правом верхнем углу стоит значок неуказанной шероховатости поверхностей, получаемых без удаления слоя материала, без указания значения параметра шероховатости, например:

И где брать это значение? Какая шероховатость поверхности должна быть у необрабатываемых (литых) поверхностей?

В данном случае к чертежу детали, изготовленной литьём с последующей механической обработкой, необоснованно применён п.1.4 ГОСТ 2.309-73 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей».

«В обозначении шероховатости поверхности, которая должна быть образована без удаления слоя материала, применяют знак с указанием значения параметра шероховатости 1.4. Поверхности детали, изготавливаемой из материала определённого профиля и размера, не подлежащие по данному чертежу дополнительной обработке, должны быть отмечены знаком без указания параметра шероховатости.
Состояние поверхности, обозначенной знаком , должно соответствовать требованиям, установленным соответствующим стандартом или техническими условиями, или другим документом, причём на этот документ должна быть приведена ссылка, например, в виде указания сортамента в графе 3 основной надписи чертежа по ГОСТ 2.104-20006.»

Применить п.1.4 ГОСТ 2.309-73 можно, например, к чертежу детали, изготовленной из стандартного профиля, параметры шероховатости которого определены ГОСТом на этот профиль, на который на чертеже приведена ссылка, поэтому на чертеже детали нет смысла этот параметр шероховатости дублировать. В случае же с чертежом детали, изготавливаемой литьём с последующей механической обработкой, п.1.4 ГОСТ 2.309-73 применить нельзя, так как такой ссылки на чертеже детали нет. Поэтому на чертеже детали, изготавливаемой литьём с последующей механической обработкой нужно указывать значение неуказанной шероховатости необрабатываемых (литых) поверхностей. Например, вот так, в правом верхнем углу:

или .

6. Кто и где должен обучать конструкторов изделия правильно конструировать детали, изготавливаемые литьём с последующей механической обработкой.

Конструкторы изделий из отделов главного конструктора, как правило умеют, хорошо конструировать главную, функциональную часть изделия и являются в этом специалистами.

Например, кто конструирует электродвигатели? Выпускники энергетических институтов, которые когда-то получили квалификацию инженер-электрик или инженер-электромеханик. Они отлично конструируют всю электрическую часть, но в электродвигателе есть ещё и детали, изготавливаемые литьём с последующей механической обработкой. Например, станины, крышки и т. д. Они понимают, что они также должны конструировать и эти детали, но по факту это делают достаточно небрежно и выдают не готовые 3D модели таких деталей, а какие-то полуфабрикаты без уклонов и с неправильно построенными скруглениями. То есть пытаются переложить эту работу на конструкторов отдела главного металлурга. И это у них получается.

В результате что мы имеем. Конструкторы отдела главного конструктора выдают 3D модели и чертежи на детали, изготавливаемые литьём с последующей мехобработкой, в отдел главного металлурга для подготовки производства. Конструкторы отдела главного металлурга с помощью технологов-литейщиков полностью перерабатывают эти 3D модели, чаще всего строят их заново, ибо так проще, и отдают обратно на согласование в отдел главного конструктора. Там это всё проверяют с некоторым снобизмом, выдают опять в ОГМет уже со своими замечаниями и критикой, в ОГМете снова правят, снова отдают в ОГК, и так несколько раз. На всё это уходит очень много времени и нервов.

Сразу вспоминается фильм «Мимино».

— Хозяин, а может быть, этот колор, а?
— Вы почему без стука входите?! Выйдите в коридор и подождите, пока вас не вызовут!

Если конструкторы изделия и литейное производство находятся на разных предприятиях, то может дойти и до последней фразы.

— Тогда сам подбирай колор и сам крась. А меня здесь нет.

Вот чтобы такого не происходило, конструкторы изделия сами должны уметь правильно конструировать детали, изготавливаемые литьём с последующей мехобработкой, и выдавать не полуфабрикаты, а полностью готовые 3D модели и чертежи.

Возникает вопрос. Кто и где этому должен учить? Ответ очевиден — в вузе на специальной дисциплине «Правила конструирования 3D моделей и чертежей деталей с учётом технологии изготовления этих деталей». На машиностроительных специальностях/направлениях эта дисциплина должна быть обязательно. Автор статьи помнит, что когда он учился в вузе на дисциплине «Детали машин», учили конструировать только внутреннюю начинку редукторов. Как правильно конструировать корпуса и крышки, никто не учил.

Сразу возникает второй вопрос — а где взять преподавателей для такой дисциплины? Вузовские преподаватели. как правило, никогда конструкторами не работали. Они больше тяготеют к вузовской науке. Автор статьи заканчивал вуз в 1993 году и помнит, что даже на кафедре «Литейное производство» не учили, как правильно конструировать детали, изготавливаемые литьём с последующей мехобработкой. Доходило до комических ситуаций, когда один, в общем-то неплохой, преподаватель с кафедры «Литейного производства», на полном серьёзе путал обрубку литников у отливок в литейном цехе с механической обработкой отливок в цехе мехобработки.

Так что проблема остаётся открытой.

Заключение

Обозначенные проблемы актуальны не только для 3D моделей деталей и чертежей, изготавливаемых литьём с последующей механической обработкой, но и для 3D моделей деталей и чертежей, изготавливаемых другими способами, в частности для деталей, изготавливаемых горячей объёмной штамповкой с последующей механической обработкой.

Литература

1. ГОСТ 2.307-2011 «ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений».
2. ГОСТ 2.309-73 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей».
3. ГОСТ 30893.1-2002 – ОНВ. Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров с неуказанными допусками.
4. ГОСТ Р 53464-2009 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.
5. Орлов П. И. Основы конструирования, Машиностроение, в 2-х кн., 1988 г.