Классификация методов получения заготовок

Заготовка

– предмет производства, из которого различными методами путем изменения формы, размеров, физических и механических свойств материала, качества поверхности получают деталь.

Заготовки в машиностроении бывают четырех видов – бунтовые (проволока или лента, свернутые в бунт), прутковые (прутки, полосы, тяги), штучные (отливки, поковки, штучные из прутков) и порошковые (пресс-порошки, гранулы, таблетки) для получения пластмассовых, металлокерамических и керамических деталей.

Из бунтовых заготовок большой длины можно получить очень большое число деталей, меньшее число – из прутковых заготовок и только одну деталь – из штучной заготовки. Небольшие по размерам и массе детали целесообразно изготавливать из бунтовых и прутковых заготовок. Для получения высокого коэффициента использования материала необходимо применять штучные заготовки, по форме и размерам близкие к готовой детали. Из порошков и гранул получают штучные заготовки или готовые детали, дальнейшая обработка которых почти не требуется.

Основные способы изготовления заготовок приведены на рисунке 1.

Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить рациональный технологический процесс её получения с учётом материала детали, требований к точности её изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска. Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства. Заданные конструктором форма, размеры и марка материала детали во многом определяют технологию изготовления. Таким образом, выбор вида заготовки происходит в процессе конструирования, так как при расчёте деталей на прочность, износостойкость или при учете других показателей эксплуатационных характеристик конструктор исходит из физико-механических свойств материала детали.

На себестоимость изготовления детали влияют конструктивные, производственные и технологические факторы. То, насколько полно в заготовке учтено влияние факторов первой и второй групп, позволяет судить о технологичности заготовки

.

Под

технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает долговечность и надежность работы детали при эксплуатации. Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость, трудоемкость и материалоемкость. Оптимальное решение при выборе заготовок может быть найдено только при условии комплексного анализа влияния на себестоимость всех факторов, в том числе и способа получения заготовки. В себестоимости изготовления детали значительную долю составляют затраты на материал. Наиболее широко для получения заготовок в машиностроении применяют следующие методы: литье, обработка пластическим деформированием, резание, сварка, а также комбинация этих методов. Каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок.

Литье

- получение заготовок путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки.

Обработка пластическим деформированием

- технологические процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.

Сварка

- технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов и сплавов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок.

Резание

- получение заготовки из проката, полученного пластическим деформированием, отрезкой или вырезкой.

Выбор способа получения заготовки сложная задача. Способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим высокое качество детали, производительным, нетрудоемким. Для мелкосерийного и единичного производства характерно использование в качестве заготовок горячекатаного проката, отливок, полученных в песчано-глинистых формах, поковок, полученных ковкой. Это обуславливает большие припуски, значительную трудоемкость последующей механической обработки.

В условиях крупносерийного и массового производств рентабельны способы получения заготовок: горячая объемная штамповка; литье в кокиль, литье под давлением, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям. Применение этих способов позволяет значительно сократить припуски, снизить трудоемкость изготовления детали.

Материалы для изготовления заготовок должны обладать необходимым запасом определенных технологических свойств – ковкостью, штампуемостью, жидкотекучестью, свариваемостью, обрабатываемостью. Для деформируемых материалов необходимым технологическим свойством является технологическая пластичность. Особо жесткие требования по технологической пластичности предъявляются к сплавам, из которых детали получают холодной обработкой давлением – выдавливанием, вытяжкой, гибкой, формовкой.

Если металл обладает низкой жидкотекучестью, высокой склонностью к усадке, то не рекомендуется применять литье в кокиль, под давлением, так как из-за низкой податливости металлической формы могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки, трещины. Целесообразно применять оболочковое литье и литье в песчано-глинистые формы.

Для ответственных, тяжело нагруженных деталей (валы, шестерни, зубатые колеса), для которых предъявляются определенные требования к качеству металла и к физико-механическим свойствам – целесообразно использовать поковки, так как в процессе деформирования создается мелкозернистая, направленная волокнистая структура, значительно повышающая физико-механические свойства материала. Использование точных способов обеспечивает достаточную чистоту поверхности и высокую точность заготовок. Совершенствование ковки и штамповки обеспечивают параметры шероховатости и точность размеров, соответствующих механической обработке и даже финишных операций. Калибровка, холодное выдавливание обеспечивают получение готовых деталей (заклепки, гайки, болты).

Критерии выбора

метода получения исходных заготовок чаще всего определяются производственной программой:

• При больших объемах выпуска – следует стремиться к максимальному приближению конфигурации и размеров исходной заготовки к размерам готовой детали (коэффициент использования металла);
• При малых объемах выпуска – рациональным выбором следует считать минимальные затраты.

Основными факторами влияющими на выбор исходных заготовок являются также (кроме производственной программы):

1. Вид обрабатываемого материала;
2. Конфигурация и размеры; масса;
3. Условия эксплуатации;
4. Экономичность самого метода получения исходных заготовок.

Основные методы получения исходных заготовок :

В машиностроении основную массу заготовок изготавливают в литейных цехах заливкой металла в формы, в кузнечно-прессовых цехах - обработкой на ковочных и штамповочных молотах и прессах. Главными факторами влияющими на выбор метода получения исходных заготовок являются себестоимость и годовая производственная программа..

Производство заготовок литьем

Масса отливок - до 300 т, а длина - до 20 м. Наиболее распространенным материалами литейных форм являются: песчано-глинистые и песчано-смоляные смеси, сталь, чугун, сплавы, керамика и др. Серый и высокопрочный чугун имеет высокую жидкотекучесть, что позволяет получить толщину стенки 3-4 мм. Ковкий чугун обладает склонностью к образованию трещин и значительных внутренних

напряжений. Легированные стали с увеличенным содержанием марганца имеют хорошую жидкотекучесть, что затрудняет получение отливок с тонкими стенками.

Литье в песчано-глинистые формы

подразделяют на три группы: Разовые , изготавливаемые из песчано-глинистых смесей(для черных и цветных металлов любого размера и веса; Полупостоянные - из огнеупорных материалов (шамот, магнезит и др.) - для получения нескольких десятков оливок Постоянные , изготавливаемые из металлов и сплавов

Для отливок применяют чугун, сталь, сплавымеди, алюминий и др.

Литье в оболочковые формы

- обеспечивает точность размеров 13-14 квалитета и величину параметра шероховатости Ra = 6,3 мкм. Литейной формой является оболочка, состоящая из формовочных смесей с термопластичными и термореактивными связующими смолами, которые помещают в ящик с песком или дробью перед заливкой ее металлом. Требуется дорогостоящая оснастка, а сама форма используется один раз, поэтому данный метод целесообразен в массовом, крупносерийном и среднесерийном производстве, массой до 100 кг.

Литье в кокиль

. Отливки (из чугуна и стали) с толщиной стенки 5 мм, 12-14 квалитета точн ости, шероховатость Ra = 12,5...3,2 мкм и массой до 200 кг. Применяют в серийном и массовом производстве, выше производительность в 2-5 раз меньше себестоимость. К недостаткам литья относится невысокая стойкость форм при литье чугуна и стали, образование отбела чугунных отливок, что вызывает необходимость проведения дополнительной операции (отжига); возможно образование трещин в сложных отливках. Кокили изготавливают литыми из чугуна, стали, меди и алюминия; разъемными или вытряхными. Распространены многоместные кокили.

Литье по выплавляемым моделям .

- отливки из сплавов цветных металлов, стали и чугуна массой от нескольких грамм до 300 кг. Применяют в массовом, крупно- и среднесерийном производстве при изготовлении мелких и сложной формы . Сущность процесса литья по выплавляемым моделям заключается в использовании точной неразъемной разовой модели, по которой изготавливается неразъемная керамическая оболочковая форма, куда и заливается расплавленный металл после удаления модели из формы путем выжигания, испарения или растворения. Этим способом можно изготавливать точные отливки из различных сплавов толщиной от 0,8 мм и более с небольшими припусками на обработку. Точность размеров отливок соответствует 8 -11 квалитетам, Ra = 2,5 мкм, припуски на обработку резанием для отливок размером до 50 мм составляют 1,4 мм, а размером до 500 мм - около 3,5 мм. Коэффициент точности отливок по массе может достигать 0,85 -0,95, что резко сокращает объемы обработки резанием и отходы металла в стружку. Использование для изготовления моделей легко удаляемых материалов (на основе парафина, канифоли, полистирола, карбамида или полистирола), не прибегая к разборке формы, дает возможность нагреть расплавленный перед разливкой металл до высоких температур, что значительно улучшает заполнение формы и позволяет получать отливки очень сложной формы практически из любых сплавов. К недостаткам можно отнести высокую трудоемкость и повышенный расход материала на литниковую систему при небольшом выходе продукции.

Литье под давлением .

Расплав металла заполняет форму с большой скоростью (до 35 м/с), что обеспечивает высокую плотность материала, точность и качество поверхности. Получают отливки из стали, цветных металлов и чугуна. Масса отливок может быть от нескольких граммов до 50 кг, толщина стенки 1,0...0,8 мм; 8- 12 квалитет точности Ra = 12,5- 3,2 мкм ; применяют в массовом и крупносерийном производстве. Высокая производительность и возможность получения заготовок сложной формы с мелкозернистой структурой, но высока стоимость пресс-форм и низка их стойкость. В основном применяют для цветных металлов и сплавов.

Литьем вакуумным всасыванием

получают отливки в основном из цветных металлов и сплавов, в меньшей степени из стали и чугуна. Отливки имеют толщину стенки до 1 мм. Этот метод применяют в массовом и серийном производстве, обычно для получения отливок из дорогостоящих сплавов.

Центробежное и другие виды литья

- отливки из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов. Применяют - в массовом и серийном производстве для пустотелых и тонкостенных отливок (типа тел вращения) сложной конфигурации, например, гильз, втулок, вкладышей и т. д. Процесс осуществляют путем заливки металла во вращающуюся металлическую форму. Под действием центробежных сил частицы расплавленного металла отбрасываются к поверхности формы и, затвердевая, принимают ее очертания. Отливка охлаждается наружной стороной (от изложницы) и изнутри (со стороны свободной поверхности) за счет излучения и конвекции воздуха. Затвердевание металла под давлением приводит к уплотнению металла и повышению механических свойств, в тоже время происходит отделение газов, неметаллических примесей и вытеснение их на внутреннюю поверхность отливки, что следует учитывать в расчете припусков для изделий, имеющих внутреннюю рабочую поверхность.

Применяют и другие методы литья: непрерывное, электрошлаковое, выжиганием, штамповкой из расплава и др.

Непрерывным и полунепрерывным

литьем получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов; в массовом и серийном производстве для обеспечения поперечного сечения неограниченной длины (станины металлорежущих станков, корпуса гидро- и пневмоаппаратуры, трубы) и т. д.

Электрошлаковым литьем

получают отливки из сталей и сплавов с повышенными механическими свойствами массой до 300 т; в серийном производстве для получения заготовок ответственных деталей судовых двигателей, прокатные валки, турбины и т. д.

Литьем выжиманием

получают отливки из алюминиевых и магниевых сплавов; в массовом и серийном производстве для тонкостенных (до 2 мм) и значительных по габаритам (1000х3000мм) заготовок. 

Штамповкой из расплава

получают отливки из цветных металлов и сплавов, стали и чугуна в массовом и серийном производстве Для изготовления фасонных отливок с толщиной стенки до 8 мм несложной конфигурации с высокими механическими свойствами.

Производство исходных заготовок пластическим деформированием

Машинную ковку производят

на молотах и гидропрессах . В единичном и мелкосерийном производстве - наиболее экономичный способ получения высококачественных заготовок; может оказаться единственно возможным способом для заготовки большой массы.

Возможности: заготовки массой до 250 т простой формы; на молотах в подкладных кольцах и штампах до 10 кг, при этом толщина стенок заготовки достигает 3-2,5 мм, точность

14-16 квалитет , а величина параметра шероховатости поверхности составляет Ra = 25-12,5 мкм ; для стали, иногда цветных металлов и сплавов.

Штамповка

- в условиях массового и крупносерийного производства горячая объемная штамповка рентабельнее ковки. Ограничения: до 100 кг, хотя возможно получать поковки до 3 т и выше, но чаще массой до 30 кг. Применяют для получения поковок из стали, цветных металлов и сплавов. Обычно исходной заготовкой для штамповки является сортовой прокат. Горячую штамповку проводят на молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), кривошипных горяче-штамповочных прессах (КГШП) и винтовых прессах.

К операциям листовой формовки относят правку (рихтовку), фасонную (рельефную) штамповку, отбортовку, формовку, обжим, раздачу.

Листовая штамповка

- размеры заготовок колеблются от нескольких сантиметров до 7 м с толщиной стенки 0,1-100 мм; точность - 11-12 квалитет, а при дополнительной калибровке - 9-10 квалитет.

Фасонную

(рельефную) штамповку применяют для получения на плоских заготовках различных углублений и выступов, ребер жесткости и т. п. Штамповка перераспределяет объемы металла в локальной зоне. При отбортовке отверстия толщина материала у края бортов значительно уменьшается.

Высадка

- частичное изменение формы детали типа прутка на специальных холодновысадочных автоматах, например, высадка головок болтов, винтов, заклепок и т. п.

Методами штамповки изготавливат металлические сплавы (сталь различных марок, сплавы цветных металлов, а также биметаллические) и неметаллические материалы (текстолит, прессшпан, резина, войлок). Металлические материалы по виду заготовок можно разделить на рулонный (шириной свыше 300 мм), ленты, листы, полосы, проволоку и круглый прокат (в бухтах), прутки и прокат различного сечения. Неметаллические материалы, как правило, поставляются в виде листов или полос.

Исходные заготовки, получаемые методом порошковой металлургии

Основными исходными материалами являются порошки железных, никелевых кобальтовых, молибденовых, вольфрамовых и других металлов. Формирование изделий осуществляют холодным прессованием в закрытых пресс-формах с последующим спеканием. Например, спеченный из порошка распределительный вал двигателя длиной 447 мм и массой 2,5 кг, позволяет не только экономить 75 % по массе по сравнению с чугунным литьем, но и повысить износостойкость вала в 7 раз.

Металлокерамические материалы .

Например, бронзографит (85...88 % меди, 8...10 % олова, 3...5 % графита) можно применять при изготовлении подшипников, в которых практически отсутствует дополнительный смазочный материал. Различают антифрикционные металлокерамические материалы на медной и железной основе. Свойства готовых металлокерамических изделий в значительной степени зависят от плотности спрессованных из порошка брикетов и распределения плотности по объему. Брикеты прессуют под давлением 2500...4000 Па для бронзографита и 4000. ..5000 Па для железосульфидного материала. Спекание бронзографита проводят в течение 2...3 ч при температуре 760...780 °С, а железосульфидированного материала - 1... 1,5 ч при температуре 1130... 1150 °С. От сложности формы деталей зависит возможность их прессования в конечном виде или необходимость проведения после спекания дополнительной механической обработки, что в значительной степени влияет на производительность и себестоимость.

В условиях массового и крупносерийного производства экономически целесообразно получение заготовок, наиболее близко приближающихся по форме и размерам к готовым деталям. В этом случае себестоимость заготовок увеличивается, но объем механической обработки значительно сокращается.

В условиях единичного и мелкосерийного производства заготовки далеки по размерам и форме от готовой детали, т. е. имеют значительные припуски для механической обработки. Из многих возможных способов получения заготовки необходимо выбрать экономически целесообразный.

Окончательный выбор метода устанавливают на основе расчетов:

• А) себестоимости метода получения исходных заготовок;
• Б) себестоимости самого процесса механообработки.

Вопросы и задания для самоконтроля

• Дайте определение термину «Заготовка».
• Назовите виды заготовок.
• Укажите способы изготовления заготовок.
• Что понимается под технологичностью заготовки?
• Пояснить суть основных методов получения заготовок: литье, сварка, пластическое деформирование, резание.
• Перечислите основные технологические свойства заготовок.
• Укажите основные способы литья и их сущность.
• Какова сущность метода литья в оболочковые формы?
• Как производится литье по выплавляемым моделям?
• Как изготавливают выплавляемые модели?
• Назовите преимущества и недостатки литья под давлением.
• Назовите преимущества и недостатки центробежного литья.
• Как классифицируют производство заготовок пластическим деформированием?
• Что представляет собой порошковая металлургия?
• Как получают заготовки методом порошковой металлургии?
• Что представляет собой калибровка металлокерамических деталей?

Кафедра
«Газотурбинные технологии»
2018-2019 учебный год
Преподаватель: Юрий Носов
2018

Тема: Заготовительное производство в машиностроении
Объём: лекция – 2 часа; СРС – 2 часа.
Литература:
С. Г. Ярушин. Технологические процессы в машинрстроении. Москва, Юрайт, 2015
Гаркушин И.К. Конструкционные материалы: состав, свойства, применение: учеб. пособие Самар.
гос. техн. ун-т, 2015. – 239 с.
Рогов В.А., Соловьев В.В., Копылов В.В. Новые материалы в машиностроении: Учеб. пособие. –
М.: РУДН, 2008. – 324 с.
Б. С. Балакшин. Основы технологии машиностроения, учеб. для машиностроит. Вузов
Ткачев, А.Г. Проектирование технологического процесса изготовления деталей машин. Изд-во
Тамб. гос. тех. ун-та, 2007. – 48 с.
Преподаватель: Юрий Носов
2

Заготовительное производство в машиностроении

Определение
Классификация заготовок
Методы получения заготовок
Факторы, влияющие на выбор метода и способа получения заготовок
--
-- Оболочковое литье
-- Литье по выплавляемым моделям
-- Литье в металлические формы
-- Литье под давлением
-- Центробежное литье
Производство заготовок пластическим деформированием
-- Холодная штамповка
-- Импульсная штамповка
-- Холодная объемная штамповка
-- Горячая штамповка
-- Волочение
-- Прокатка
Получение заготовок методом порошковой металлургии
Преподаватель: Юрий Носов
3

Заготовительное производство в машиностроении

Определения
Заготовка – предмет производства, из которого различными методами
путем изменения формы, размеров, физических и механических свойств
материала, качества поверхности получают деталь.
В машиностроении под заготовкой принято понимать полуфабрикат,
поступающий на механическую обработку, в результате которой он
превращается в годную для сборки деталь.
Полуфабрикат – конструкционный материал, прошедший одну или
несколько стадий обработки (лист, труба, пруток, профиль и т.п.),
предназначенный для изготовления заготовок и деталей.
Полуфабрикат является промежуточным звеном в цепочке от материалов,
до готовой продукции
Преподаватель: Юрий Носов
4

Заготовительное производство в машиностроении

Определения
Припуск на механическую обработку – это слой материала, удаляемый с
поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и
размеров детали.
Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров
которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.
Припуски делят на общие и операционные.
Общий припуск на обработку – это слой материала, необходимый для выполнения
всех технологических операций, совершаемых над данной поверхностью.
Oneрационный припуск – это слой материала, удаляемый при выполнении одной
технологической операции.
Напуск – это избыток материала на поверхности заготовки сверх припуска,
обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию
заготовки для облегчения условий ее получения.
В большинстве случаев он удаляется последующей механической обработкой, реже остается в
детали, например, в виде штамповочных уклонов, увеличенных радиусов закруглений и др.
Преподаватель: Юрий Носов
5

Заготовительное производство в машиностроении

Классификация заготовок
Заготовки в машиностроении бывают четырех видов:
-- бунтовые – проволока или лента, свернутые в бунт;
-- прутковые – прутки, полосы, тяги;
-- штучные – отливки, поковки, штучные из прутков;
-- порошковые – пресс-порошки, гранулы, таблетки
-- из бунтовых заготовок большой длины можно получить очень большое
число деталей;
-- из прутковых заготовок – меньшее число;
-- из штучной заготовки– одну или несколько деталей.
Преподаватель: Юрий Носов
6

Заготовительное производство в машиностроении

Классификация заготовок
Преподаватель: Юрий Носов
7

Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Технологичность - это одна из комплексных характеристик
технического устройства (изделие, устройство, прибор, аппарат), которая
выражает удобство его производства, ремонтопригодность и
эксплуатационные качества.
Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность
свойств конструкции, определяющих ее приспособленность к достижению
оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных
показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Технологичность выражает не функциональные свойства изделия, а его
конструктивные особенности: состав и взаимное расположение узлов;
форму и расположение поверхностей деталей и соединений, их состояние,
размеры, вид используемых материалов; количество деталей в машине или
узле, качество их изготовления и т.д.
Главным критерием технологичности конструкции изделия является ее
экономическая целесообразность в принятых условиях производства, ее
трудоемкость, материалоемкость и себестоимость, а также затраты в
процессе эксплуатации изделия
Преподаватель: Юрий Носов
8

Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Под технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная
заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает
долговечность и надежность работы детали при эксплуатации.
Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства
обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость,
трудоемкость и материалоемкость.
Перед заготовительным производством стоит задача получения
заготовок с максимальным приближением к форме и размерам готовой
детали, максимально увеличить коэффициент использования металла,
т.е. оставить на обработку резанием минимально необходимые припуски и
уменьшить количество металла, обращаемого в стружку.
Оптимальное решение при выборе заготовок может быть найдено
только при условии комплексного анализа влияния на себестоимость всех
факторов, в том числе и способа получения заготовки.
Преподаватель: Юрий Носов
9

10. Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Небольшие по размерам и массе детали целесообразно изготавливать из
бунтовых и прутковых заготовок.
Для получения высокого коэффициента использования материала
необходимо применять штучные заготовки, по форме и размерам близкие к
готовой детали.
Из порошков и гранул получают штучные заготовки или готовые детали,
дальнейшая обработка которых почти не требуется.
Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить
рациональный технологический процесс её получения с учётом материала
детали, требований к точности её изготовления, технических условий,
эксплуатационных характеристик и серийности выпуска.
Преподаватель: Юрий Носов
10

11. Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Выбор метода получения заготовки
Выбор рационального вида заготовок определяется:
-- функциональными требованиями к детали,
-- характером производства,
-- экономической целесообразностью.
Исходя из конструктивных форм, габаритных размеров, марки материала и
необходимого количества выпускаемых деталей в единицу времени
определяют метод получения заготовки. При этом основываются только на
технологических свойствах данного материала, таких как возможность литья,
штампуемость, прессуемость, свариваемость, обрабатываемость резанием.
Преподаватель: Юрий Носов
11

12. Заготовительное производство в машиностроении

Схема выбора метода получения заготовки
Преподаватель: Юрий Носов
12

13. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок
Литье – получение заготовок путем заливки расплавленного металла

конфигурацию заготовки.
Обработка пластическим деформированием – технологические
процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений из
металлов и сплавов в результате образования атомно-молекулярных
связей между частицами соединяемых заготовок.
Резание – получение заготовки из проката, полученного пластическим
деформированием, отрезкой или вырезкой.
а – из проката;
б – поковки;
в – отливки
Примеры заготовок
Преподаватель: Юрий Носов
13

14. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок

литейную форму.
Отливки могут быть изготовлены практически из всех металлических материалов.
Методами литья изготовляются самые сложные по конфигурации заготовки.
Поковки изготовляются методами ковки или горячей объемной
штамповки (ГОШ) из проката или слитков, нагретых до «ковочных
температур». Поковки могут быть из любых металлических материалов,
обладающих достаточной пластичностью.
Сварные заготовки изготовляются различными способами сварки из
сортового, фасонного и листового проката, отливок, поковок или любой их
комбинации. Они применяются в случаях, когда необходимо рационально
распределить материал в конструкции.
Преподаватель: Юрий Носов
14

15. Заготовительное производство в машиностроении

Факторы, влияющие на выбор метода и способа получения заготовок
Факторы, влияющие на себестоимость производства в машиностроении,
делятся на три группы:
1-я группа – конструктивные факторы, т.е. конструктивное решение
самой детали, обеспечивающее приемлемость её для изготовления
обработкой давлением, литьем, сваркой; выбор марки материала и
технологических условий;
2-я группа – производственные факторы, т.е. характер и культура
производства, технологическая оснащенность, организационные и
технологические уровни производства;
3-я группа – технологические факторы, характеризующие способ
формообразования заготовок, выбор самой заготовки, оборудования и
технологического процесса получения детали.
Преподаватель: Юрий Носов
15

16. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок методами литья
Литье – один из старейших способов получения заготовок (в ряде случаев и
готовых деталей).
Первым литейным заводом в России был пушечно-литейный завод
«Пушечная изба», построенный в Москве в 1479 г.
Литье – формообразование из жидкого (расплавленного) металла путем
заполнения им полости заданной формы и размеров с последующей
кристаллизацией.
Литье – получение заготовок в результате заливки расплавленного металла
заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет
конфигурацию получаемого изделия.
Продукция литья называется отливкой.
Сущность литья сводится к получению жидкого металла нужного химического состава и
заливке его в заранее приготовленную литейную форму.
В процессе кристаллизации и охлаждения залитого металла формируются основные
механические свойства отливки, определяемые макро- и микроструктурой сплава, его
плотностью, наличием неметаллических включений, внутренних напряжений и т. п.
Литьем можно получать заготовки практически любой конфигурации
с массой от долей грамма до сотен тонн.
Преподаватель: Юрий Носов
16

17. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок методами литья
Отливки изготовляются путем заливки жидкого металла в подготовленную
литейную форму.
Схема получения отливки
Преподаватель: Юрий Носов
17

18. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье в песчаные формы (литье в землю) – процесс получения отливок
путем свободной заливки расплавленного металла в форму, изготовленную из
песка с добавлением глины, воды и небольшого количества специальных
добавок.
1 – стержень;
2, 4 – верхняя и нижняя опоки;
3 – штырь; 5 – выпор;
6 – канал для отвода газов;
7 – литниковая чаша;
8 – стояк; 9 – шлакоуловитель;
10 – питатель
Литейная форма в сборе
Преподаватель: Юрий Носов
18

19. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Оболочковое литье – способ получения детали в тонкостенных формахоболочках толщиной 6…15 мм, изготовленных из высокопрочных песчаносмоляных смесей.
Форма состоит из двух оболочковых полуформ, соединенных по вертикальной
или по горизонтальной линии разъема путем склеивания или при помощи скоб
или струбцин. Для получения внутренних полостей в отливках при сборке
формы в нее устанавливают сплошные или полые стержни.
Оболочки изготавливают из песчано-смоляных смесей горячего отверждения
Схема технологического процесса изготовления оболочковой
формы
1 – модель детали; 2 – подмодельная плита; 3 –
формовочная смесь; 4 – оболочка
Преподаватель: Юрий Носов
19

20. Заготовительное производство в машиностроении

Оболочковое литье
Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в землю:
-- более высокая точность (12…14 квалитеты) и качество поверхности (Rz 160…40);
-- высокая газопроницаемость оболочек, что существенно снижает брак по газовым
пузырям и раковинам;
-- меньше расход формовочной смеси (в 20…30 раз);
-- процесс легко механизировать и автоматизировать;
-- высокая производительность формовки (до 500 оболочек в час).
Недостатки:
ограниченная масса отливок (до 300 кг, наиболее экономично до 50…80 кг);
большая стоимость формовочных материалов за счет высокой стоимости смолы.
Преподаватель: Юрий Носов
20

21. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье по выплавляемым моделям – способ получения детали заливкой в
неразъемные, тонкостенные керамические формы, изготовленные с
помощью моделей из легкоплавящихся составов.
Применение таких форм позволяет получать сложные по форме отливки из любых
сплавов с повышенной точностью по размерам и чистоте поверхности. Этот способ
часто называют способом точного литья.
а – блок моделей;
б – блок покрытый слоем
огнеупорного материала
(оболочкой);
в – заформованные модели
Изготовление форм по выплавляемым моделям
Преподаватель: Юрий Носов
21

22. Заготовительное производство в машиностроении

Литье по выплавляемым моделям
Особенности способа и области применения. Литье по выплавляемым
моделям обеспечивает получение сложных по форме литых деталей из любых
сплавов с повышенной точностью и чистотой поверхности.
При его применении значительно уменьшается, а в ряде случаев
исключается механическая обработка деталей. Вместе с этим
технологический процесс является продолжительным и технически сложным,
требует расхода дорогих материалов.
Стоимость 1 т отливок в несколько раз больше, чем при других способах
литья. Наиболее часто этим способом получают небольшие отливки.
Литье по выплавляемым моделям применяют при массовом производстве
мелких, сложных, тонкостенных отливок.
Для некоторых труднообрабатываемых жаропрочных, магнитных и других сплавов с
особыми свойствами получение точных отливок по выплавляемым моделям является
единственным способом изготовления изделий. Одним из направлений в развитии
точного литья является применение взамен легко выплавляемых моделей легко
растворимых и газифицируемых моделей.
Преподаватель: Юрий Носов
22

23. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье в металлические формы (кокили) – получение литых деталей
путем свободной заливки расплава в металлические формы.
Способ получил большое распространение. Этим способом получают более
40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна,
стали и других сплавов.
Конструкции кокилей чрезвычайно разнообразны, они могут быть неразъемными
(вытряхными) и разъемными. Неразъемные кокили применяют для получения
небольших отливок простой конфигурации, которые можно удалять без разъема формы.
Особенности способа и области применения.
Литье в металлические формы – один из прогрессивных способов изготовления
отливок. Кокиль – форма многократного использования; в нем можно получить
300…500 стальных отливок массой 100…150 кг, около 5000 чугунных мелких отливок,
несколько десятков тысяч отливок из алюминиевых сплавов.
Метод обеспечивает высокую точность (11…12 квалитет) и качество поверхности (Rz
40) отливок. структура металла получается мелкозернистой, вследствие повышенного
теплоотвода формы, что приводит к существенному повышению механических свойств.
Недостатками метода являются высокая стоимость кокилей, трудоемкость в
изготовлении сложных по конфигурации и тонкостенных отливок, сравнительно
невысокая стойкость кокиля при литье из тугоплавких сплавов.
Преподаватель: Юрий Носов
23

24. Заготовительное производство в машиностроении

Технологический процесс литья в кокиль
1. Подготовка кокиля к заливке (обдув сжатым воздухом, нанесение на
рабочую поверхность формы слоев облицовки и краски). Огнеупорная
облицовка слоем 0,3…0,8 мм наносится через каждые 50…100 заливок; тонкий
слой меловой краски – перед каждой заливкой (для повышения стойкости
формы).
2. Сборка кокиля с установкой стержней.
3. Нагрев формы до 100…500°С для предотвращения снижения
жидкотекучести заливаемого сплава. Практически в процессе работы форма
постоянно поддерживается в нагретом состоянии.
4. Заливка металла в форму.
5. Извлечение отливки в горячем состоянии с помощью выталкивателей или
вытряхиванием.
6. Обрубка и очистка литья.
Все операции литья в кокиль могут быть механизированы. В обычных
литейных машинах механизированы открывание и закрывание форм,
установка стержней, выемка (выбивка) отливок
Преподаватель: Юрий Носов
24

25. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье под давлением – процесс получения отливок в металлических
формах (прессформах), при котором заливка металла и формирование
отливки осуществляются под давлением воздуха или поршня.
Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в
камеру сжатия литейной машины и последующей подаче его через
литниковую систему в полость формы. Заполнение формы происходит при
высокой скорости потока (большой кинетической энергии струи), что
способствует четкому оформлению поверхностей отливок самой сложной
конфигурации.
Литьем под давлением получают детали гидроприводов, электрооборудования,
распределительных коробок, приборных плат и др. способ имеет следующие
преимущества: возможность получения сложных (в том числе армированных.) отливок с
тонкими стенками (от 0,8 мм), с готовыми отверстиями, мелкими резьбами и надписями;
высокая точность размером (8…12 квалитеты) и качество поверхности (Rz=l2,5…2 мкм);
высокая производительность; возможность автоматизации процесса; высокие
механические свойства отливок.
Недостатки:
-- высокую стоимость технологической оснастки;
-- образование пористости в массивных отливках из-за перемешивания жидкого
металла с воздухом при высоких скоростях заливки.
Преподаватель: Юрий Носов
25

26. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье под давлением
Схема холодной вертикальной камеры сжатия
а – заливка; б прессование; в – раскрытие формы
Схема поршневой машины
с горячей камерой прессования
Преподаватель: Юрий Носов
Схема холодной горизонтальной камеры сжатия
а – заливка; б прессование;
в – раскрытие формы; г – удаление отливки
26

27. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Центробежное литье – процесс получения отливок путем заливки
расплавленного металла во вращающуюся форму, при котором
формирование отливки происходит под действием центробежных
(инерционных сил). Внешняя поверхность отливки оформляется формой (она
называется изложницей), а внутренняя получается под действием
центробежных сил.
Схема центробежного литья
1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – ролик;
4 – форма-изложница; 5 – желоб
Преподаватель: Юрий Носов
При вращении формы вокруг
горизонтальной оси отливка
получается равностенной на любой
длине (при достаточной скорости
вращения), поэтому по такой схеме
получают длинные трубы. По
сравнению с другими способами
получения заготовок (ковкой и
прокаткой) достигается большая
экономия дорогой стали, высокая
производительность и сокращение
объема механической обработки при
вполне удовлетворительных
механических свойствах.
27

28. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Центробежное литье
Преимущества метода:
-- мелкозернистая структура отливок;
-- меньшая загрязненность неметаллическими включениями и газами, так
как последние вытесняются к центру вращения и впоследствии удаляются
механической обработкой;
-- для образования отверстий не требуются стержни;
-- экономится металл благодаря отсутствию литниковых систем, выпоров,
прибылей и т. п.
Недостатки способа:
-- трудность получения точного размера отверстия;
-- повышенная ликвация сплава (устраняется диффузионным отжигом).
Центробежное литье применяют также для получения биметаллических изделий
из композиций типа: сталь-бронза, чугун-бронза, сталь-чугун, сталь-сталь (разных
марок) и т. п. Это достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов.
Преподаватель: Юрий Носов
28

29. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок пластическим деформированием
Методы производства заготовок пластическим деформированием,
объединяются под общим наименованием обработка давлением:
-- штамповка в холодном и горячем состояниях;
-- прессование;
-- волочение;
-- прокатка;
-- накатка;
-- ковка и др.
Сущность этих процессов заключается в том, что металл в холодном
или горячем состоянии изменяет свою форму (деформируется) под действием
давления, равное пределу текучести металла.
Многие металлы в холодном состоянии обладают высоким пределом текучести.
Поэтому для деформирования металла приходится прилагать большие усилия.
Уменьшить предел текучести возможно, если подлежащие обработке заготовки
нагреть. Обработку металла давлением производят при температурах, при которых
металл становится пластичным и неспособным к рекристаллизации.
Преподаватель: Юрий Носов
29

30. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Холодная штамповка – это один из видов обработки металлов давлением,
при котором металл деформируется пластически в холодном состоянии. В
зависимости от вида исходного материала и типа изделия холодная
штамповка может быть листовой или объёмной
Листовая штамповка применяется для изготовления деталей из листового
материала, например деталей автомобилей (крыша, крылья, колпаки и др.),
самолетов, вагонов, химических аппаратов, электроприборов, многих изделий
широкого потребления (бидоны, ложки, кастрюли и т. п.).
Холодной объемной штамповкой изготовляют изделия из объёмных
заготовок – главным образом из пруткового материала. Холодной объёмной
штамповкой получают крепежные детали (болты, гайки, заклепки), шарики,
ролики, кольца подшипников, многие детали автомобилей, самолетов,
тракторов и других машин.
По сравнению с обработкой резанием холодная штамповка позволяет сократить расход металла,
так как металл не отделяется в стружку, уменьшить трудоемкость изготовления изделий и повысить
производительность труда. Одновременно холодная обработка давлением обеспечивает
упрочнение обрабатываемого металла, что позволяет делать детали более легкими, менее
металлоемкими и более износостойкими.
Преподаватель: Юрий Носов
30

31. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Операции холодной штамповки объединяют в две группы:
-- разделительные;
-- формоизменяющие
К разделительным относятся операции, в результате которых происходит
полное или частичное отделение одной части материала от другой по
замкнутому или незамкнутому контуру.
К формоизменяющим – операции, в результате которых происходит
изменение формы и размеров заготовки, перераспределение и заданное
перемещение объемов металла.
Преподаватель: Юрий Носов
31

32. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Раскрой материала.
Существует три типа раскроя:
Раскрой с отходами применяют для получения простых по форме деталей
повышенной точности (10…12 квалитет).
Раскрои с частичными отходами
Раскрои без отходов применяют для простых по форме деталей низкой точности
(12…14 квалитет).
Типы раскроя листового материала
а,б,в,и - однорядный;
д,е,ж,з - многорядный;
а,б,в,г,д,е,з,и - с отходами;
ж - без отходов
Преподаватель: Юрий Носов
32

33. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Разделительные операции
Отрезка (а) – отделение одной части материала от другой по незамкнутому
контуру производится на ножницах или в штампах
Вырубка (б) – отделение детали от полосы или листа по внешнему замкнутому
контуру
Пробивка (в) – получение отверстий в листовых заготовках
Обрезка (г) – отделение от детали технологического отхода
Надрезка (д) – неполное отделение части заготовки
Проколка (е) – образование сквозных отверстий в листовой заготовке без
удаления материала в отход
Вырубку, пробивку, зачистку, разрезку и надрезку выполняют в штампах на прессах.
Преподаватель: Юрий Носов
33

34. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Разделительные операции
Ножницы для отрезки листового материала бывают параллельные,
гильотинные, роликовые и вибрационные
Схемы ножниц
а – гильотинные; б – дисковые с прямо поставленными ножами;
в – дисковые с наклонно поставленными ножами; г – вибрационные
Преподаватель: Юрий Носов
34

35. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Формоизменяющие операции листовой штамповки:
-- гибка (а);
-- вытяжка (б);
-- отбортовка (в);
-- закатка (г);
-- скручивание (д);
-- раздача (е);
-- обжим (ж);
-- формовка (з);
-- правка (и);
-- чеканка (к);
-- калибровка (л);
-- кернение (м)
Преподаватель: Юрий Носов
35

36. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или
придание ей криволинейной формы.
При гибке слои металла, расположенные у внутренней поверхности, в месте изгиба
сжимаются, а слои, расположенные с наружной стороны, растягиваются в
продольном направлении. В поперечном направлении наблюдается обратная
картина. Поэтому форма поперечного сечения нешироких и достаточно толстых полос
при гибке в месте изгиба искажается. Слой заготовки, который при гибке не
испытывает ни растяжения, ни сжатия, называется нейтральным.
Для получения точных размеров гибку заканчивают калибрующим ударом,
обеспечивающим полное прилегание заготовки к пуансону
Вытяжка – образование полой детали (типа стакан) из плоской или полой
заготовки.
Преподаватель: Юрий Носов
36

37. Заготовительное производство в машиностроении

Импульсная штамповка
Импульсная штамповка. Штамповка (вытяжка, вырубка, гибка, пробивка и
т. д.) в этом случае осуществляется под действием мгновенного импульса
давления.
Такой импульс создается взрывом (штамповка взрывом), электрическим разрядом в
жидкой среде (электрогидравлическая штамповка) или действием магнитного поля
(электромагнитная штамповка).
Штамповка взрывом осуществляется ударной волной в газообразной, жидкой или
сыпучей среде.
При штамповке взрывом в жидкой среде или при лектрогидравлической
штамповке матрица устанавливается в специальном резервуаре, который заполняют
водой. Взрыв или электрический импульс в жидкой среде создает ударную волну, которая
осуществляет штамповку.
Устройства для штамповки взрывом размещают в бетонных камерах или колодцах. Так
обеспечивается безопасность процесса. Воздух из полости матрицы под заготовкой
выкачивают.
Преподаватель: Юрий Носов
37

38. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры схем импульсной штамповки
Схема штамповки взрывом
1 – рама;
2 – заряд;
3 – корпус взрывной камеры;
4 – заготовка;
5 – матрица;
6 – канал для откачивания воздуха
Преподаватель: Юрий Носов
Схема штамповки электрическим разрядом
1 – прижим;
2 – резервуар,
3 – деформированная заготовка,
4 –матрица,
5 – канал для откачивания воздуха
38

39. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры деталей, полученных по технологии импульсной штамповки
Преподаватель: Юрий Носов
39

40. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная объемная штамповка
Холодная объемная штамповка – один из наиболее производительных
методов изготовления деталей из сталей, цветных металлов и их сплавов.
Его широко применяют в машиностроении, приборостроении и других
отраслях металлообрабатывающей промышленности.
Примеры деталей, получаемых холодной объемной штамповкой
Преподаватель: Юрий Носов
40

41. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Примеры формоизменяющих операций
б – осадка открытая;
в – осадка закрытая;
г – рельефная чеканка;
д – высадка;
е – калибровка;
ж – прямое выдавливание;
з – обратное выдавливание;
и – выдавливание полостей
Преподаватель: Юрий Носов
41

42. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Высадка –операция, при которой производится осадка части заготовки.
Применяют эту операцию для получения местных утолщений. Особенно
широко высадка используется для получения головок болтов, винтов,
заклепок на холодно-высадочных прессах-автоматах.
Производительность таких автоматов достигает нескольких сотен деталей в
минуту, что в десятки раз превышает производительность токарных
автоматов.
Штамповка выдавливанием. При выдавливании деформируемый металл
под действием пуансона вытесняется в отверстие матрицы или в зазор между
пуансоном и матрицей.
При прямом – металл течет в сторону рабочего хода пуансона и выдавливается в
сквозное отверстие матрицы. Прямое выдавливание применяют для получения как
сплошных, так и полых деталей.
При обратном выдавливании металл течет в направлении, противоположном
движению пуансона, и выдавливается в зазор между пуансоном и матрицей.
При комбинированном – металл течет как в направлении рабочего движения
пуансона, так и в противоположном.
Преподаватель: Юрий Носов
42

43. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Калибровку применяют для получения точных размеров и высокой чистоты
поверхностей штампованных деталей.
Калибровка (рисунок 5.23,е) – это окончательная операция обработки давлением
полуфабрикатов, предварительно полученных горячей или холодной объемной
штамповкой, к которым предъявляются повышенные требования по точности размеров и
шероховатости поверхности. Например, калибруют в холодном состоянии горячештампованные шатуны автомобильных двигателей, различные штампованные рычаги,
некоторые холодноштампованные детали автомобилей, приборов, часов и др.
Калибровку осуществляют в штампах на кривошипных, чеканочных и
гидравлических прессах.
Рельефная чеканка. Рельефной чеканкой (рисунок 5.23,г) получают на поверхности
деформируемой детали точные выступы, углубления, надписи, рисунки и т. п. Ее
применяют для изготовления мелких деталей (например, деталей часов), монет, орденов
и т. п. Рельеф на поверхности детали получают на счет перераспределения материала
под действием больших усилий и заполнения рабочих полостей штампа. Давление при
чеканке, например, латунных циферблатов и изделий из нержавеющей стали достигает
2500…3000 МПа.
Осуществляют чеканку в закрытых штампах на чеканочных прессах.
Преподаватель: Юрий Носов
43

44. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Горячую штамповку применяют в тех случаях, когда холодное
деформирование невозможно.
При нагреве пластические свойства металла резко возрастают, а
сопротивление металла деформированию уменьшается в несколько раз.
Горячей штамповкой получают поковки разных форм и размеров из стали, цветных
металлов и сплавов.
Примерами поковок могут служить шатуны, ступенчатые валы, зубчатые колеса,
различные рычаги и многие другие.
Технологический процесс получения поковок предусматривает
заготовительные, деформирующие и завершающие операции.
Исходным материалом для горячей штамповки служит прокат, прессованные прутки,
слитки и литые профильные заготовки.
В заготовительном отделении цеха исходный материал разделяют на мерные
заготовки.
Штампы для горячей штамповки подразделяются по видам применяемого
оборудования на молотовые, прессовые, высадочные (на горизонтально-ковочных
машинах и горячевысадочных автоматах) и вальцовочные (на ковочных вальцах).
Преподаватель: Юрий Носов
44

45. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Примеры горячей штамповки на молотовых штампах
а – закрытый;
б – открытый одноручьевой;
в – облойная канавка;
г – нижняя половина открытого
многоручьевого штампа;
заготовительные ручьи:
2 – протяжной;
3 – подкатной;
4 – гибочный;
штамповочные ручьи:
5 – предварительный;
6 – окончательный;
7 – облойная канавка;
д – переходы штамповки;
1 – поковка;
8 – исходная заготовка;
9 – протяжка;
10 – подкатка;
11 – гибка;
12 – предварительная штамповка;
13 – окончательная штамповка
Преподаватель: Юрий Носов
45

46. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Обрезку облоя и пробивку отверстий производят в специальных
штампах на обрезных кривошипных или гидравлических прессах.
После этого поковки подвергают термической обработке для улучшения
механических характеристик металла. Применяют следующие виды
термообработки: нормализацию, отжиг, закалку и отпуск.
Остающуюся на поверхности поковок окалину очищают дробемётной
очисткой, галтовкой или травлением.
Для устранения искривлений поковки подвергают правке в горячем или
холодном состоянии, а для повышения точности формы и размеров –
калибровке.
Отличие калибровки от правки состоит в том, что при калибровке изменяются
размеры поковок, а при правке устраняются искривления без изменения
основных размеров поковки.
Преподаватель: Юрий Носов
46

47. Заготовительное производство в машиностроении

Волочение
Волочение применяют для получения заготовок сплошных или полых
деталей, сечение которых по всей длине постоянно.
Заготовки, полученные на металлургических заводах, подвергают
дальнейшему волочению в целях приближения сечения заготовки к сечению
готовой детали, что позволяет свести к минимуму или вообще исключить
механическую обработку резанием.
На металлургических заводах для волочения прутков и труб используют
продольно-волочильные станы, а для волочения проволоки и других
профилей, сматываемых в бунты, – барабанные станы.
Примеры профилей, получаемых волочением
Преподаватель: Юрий Носов
47

48. Заготовительное производство в машиностроении

Прокатка
Прокат – товарные заготовки, сортовых и фасонных профилей общего,
отраслевого и специального назначения, труб, гнутых и периодических
профилей.
Виды проката:
а) пруток – это прокат круглого сечения различных диаметров; диаметр d прутков
регламентируется, длина поставляемых прутков не регламентируется и может быть
различной: 4 метра, 6 метров и более.
б) прокат шестигранного сечения;
регламентируется размер шестигранника S,
диаметр описанной окружности D – это
справочный размер.
в) трубный прокат; регламентируются наружный
диаметр D и внутренний диаметр d.
г) прокат квадратного или прямоугольного
сечения; регламентируется размер а.
д) листовой прокат; регламентируется толщина
листа S, длина а и ширина b листа может быть
различной, обычно не менее 1500 мм.
Преподаватель: Юрий Носов
48

49. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры профилей проката
Преподаватель: Юрий Носов
49

50. Заготовительное производство в машиностроении

По характеру перемещения металла в очаге деформации прокатка может
быть разделена на следующие виды:
а – продольной;
б – поперечной;
в – поперечно-винтовой
Схемы прокатки
Преподаватель: Юрий Носов
При поперечно-винтовой прокатке валки, как и
при поперечной прокатке, вращаются с
одинаковыми скоростями в одну сторону. При этом
оси валков перекошены одна относительно другой,
по крайней мере, в одной из координатных
плоскостей. Заготовка подается в валки по
направлению биссектрисы угла, образованного
осями валков. Вследствие перекоса осей валков
заготовка получает вращательно-поступательное
движение, обеспечивающее непрерывность
процесса обработки. Во время прокатки заготовка
обжимается по диаметру и может в более
благоприятных условиях деформироваться в
осевом направлении под действием осевой
составляющей окружной скорости валков.
50

51. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок методом порошковой металлургии
Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую
совокупность методов изготовления порошков металлов и изделий из них
или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного
компонента.
Примеры заготовок, полученных методом порошковой металлургии
Типовая технология производства
деталей методом порошковой
металлургии включает четыре
основные операции:
- получение порошка исходного
материала;
- формование заготовок;
- спекание;
- окончательную обработку.
Методы получения металлических
порошков: механические и физикохимические, дающие возможность
получать очень чистые шихтованные
материалы.
Преподаватель: Юрий Носов
51

52. Заготовительное производство в машиностроении

Получение деталей из пластических масс
Пластическими массами (пластмассами) называют твердые или
упругие материалы, получаемые из полимерных соединений и формуемые в
изделия методами, основанными на использовании пластических
деформаций.
Многообразие физико-механических свойств делает пластмассы ценным
конструкционным материалом. Они имеют малый удельный вес, хорошо
противостоят коррозии, отличаются широким диапазоном коэффициентов трения и
высоким сопротивлением истиранию, обладают хорошими оптическими свойствами и
прозрачностью и др.
Основной составной частью пластических масс являются полимеры –
синтетические органические соединения.
Иногда пластмасса полностью состоит из полимера, но чаще всего она представляет
собой сложную композицию из полимера, пластификатора, наполнителя и
красителя.
Преподаватель: Юрий Носов
52

53. Заготовительное производство в машиностроении

Получение деталей из пластических масс
Виды пластических масс
В зависимости от условий отверждения, особенно поведения при нагреве, полимеры и
соответствующие им пластмассы подразделяют на термореактивные и
термопластичные.
Термореактивные пластмассы (полимеры) – реактопласты при отверждении,
претерпевают необратимые изменения и переходят в твердое, неплавкое и
нерастворимое состояние. Отверждение может происходить при нагреве до 150…300° С
в течение определенного времени, под давлением или без давления, при невысоком
нагреве до 60…70° С или без нагрева, в присутствии добавок отвердителей.
Наиболее распространенные термореактивные полимеры: фенолоформальдегидные,
эпоксидные, кремнийорганические, полиэфирные.
Термопластические пластмассы (полимеры) – термопласты, при нагреве переходят
в пластичное или вязко-текучее состояние. Эти пластмассы отверждаются при
охлаждении. При повторном нагреве они снова размягчаются и т.д., допуская
возможность многократного повторного формования изделий.
Важнейшие термопласты: полиэтилен, полистирол, полиамиды, фторопласты,
поливинилхлорид, органическое стекло.
Преподаватель: Юрий Носов
53

54. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Операции получения заготовок из проката:
-- правка прутка;
-- бесцентровая обдирка (для горячекатаных прутков) или обдирочное
шлифование;
-- разрезание на штучные заготовки;
-- фрезерование торцов и центрование;
-- контроль.
Преподаватель: Юрий Носов
54

55. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Правка.
Прокат, поступающий на завод с металлургических предприятий в виде
прутков и листов, проходит операцию правки (кроме холоднокатаного
материала для заготовок высокой точности).
Правка прутков и заготовок для валов может
осуществляться на ручных, винтовых,
эксцентриковых, гидравлических,
пневматических и фрикционных прессах в
холодном состоянии.
Схема правки прутка на правильном станке
Обдирка прутков. После правки
пруток подвергается обдирке на
высокопроизводительных
бесцентрово-обдирочных станках
Схема бесцентрово-обдирочного станка
Преподаватель: Юрий Носов
55

56. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Резка прутков осуществляется
на механических ножовках, на
пильных станках, на станках для
электроискровой разрезки,
ультразвуковых станках, на
токарно-отрезных станках,
отрезных автоматах, на
фрезерных станках.
Резка проката дисковой пилой
Обработка торцов и центрование
на фрезерно-центровальном станке
Преподаватель: Юрий Носов
Резка проката ленточной пилой
56

57. Выбор вида заготовок.

Выбор заготовки заключается в установлении метода ee
изготовления, расчете или выборе припусков на обработку резанием и
определении размеров исходной заготовки.
Этапы проектирования заготовки
1. Определение метода получения заготовки.
- задан конструктором
- определяет технолог механического цеха
2. Определение вида заготовки.
факторы, влияющие на выбор вида заготовки:
- конструктивные (физико-химические характеристики и механические свойства, определяющие
работоспособность продукта; форма, размер и масса детали)
- тип производства (массовое, крупно-серийное, серийное, мелко-серийное, единичное)
- наличие оборудования (литейное, кузнечно-прессовое и др.) для изготовления заготовок
- возможность изготовления заготовки на стороне
- затраты на подготовку производства и изготовление заготовки
3. Проектирование (разработка) маршрута обработки.
- разработка схемы (последовательности) обработки
- определение (выбор) комплекта технологического оборудования
4. Назначение припусков под механическую обработку.
5. Оформление/согласование чертежа заготовки.
6. Проверочный расчет припусков
Преподаватель: Юрий Носов
57

58. Выбор вида заготовок.

Виды и способы изготовления заготовок
1. Отливки
- литье в песчаные формы,
- литье в оболочковые формы
- литье под давлением,
- литье в кокиль,
- центробежное литье,
- литье по выплавляемым моделям.
2. Поковки
5. Листовые заготовки
6. Сборно-сварные заготовки
7. Заготовки, обточенные у изготовителя
8. Порошковая металлургия
- свободная ковка,
- штамповка.
3. Прокат
- прутки круглые (не калиброванные),
- прутки круглые (калиброванные),
- прутки фасонные (не калиброванные),
- прутки фасонные (калиброванные),
- профили,
- «вырезка из проката»
4. Кольцевые заготовки
- раскатные кольца,
- сварные кольца,
Преподаватель: Юрий Носов
58

59. Выбор вида заготовок.

Примеры применения заготовок различных видов в ГТД
Штамповка
(лопаток
компрессора)
Обточенные
заготовки
(штамповки)
дисков КВД
Порошковые
заготовки дисков
турбин и КВД
Литые заготовки
лопаток турбин.
Поковка (вал
вентилятора, вал КВД,
валы турбин
Преподаватель: Юрий Носов
Раскатные и сварные
кольца (рабочие
кольца и кольца НА)
Сборно-сварные
заготовки корпусов
Листовые заготовки
жаровой трубы КС
59

60. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Корпус КВД
Отливки
Лопатки турбин
Ротор стартера
Преподаватель: Юрий Носов
60

61. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Поковки
Преподаватель: Юрий Носов
61

62.

Примеры заготовок
Штамповка
Преподаватель: Юрий Носов
62 Преподаватель: Юрий Носов
67

68. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Детали, изготовленные из сборно-сварных заготовок
Преподаватель: Юрий Носов Работа добавлена на сайт сайт: 2016-06-20

Заказать написание уникльной работы

">1. Понятие заготовки в машиностроении.

">В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование черновых заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими возможность применения наиболее оптимальных способов их обработки с наибольшей производительностью и наименьшими отходами.

">Заготовка- это предмет труда из которого путем изменения формы, размеров, свойств поверхности и /или поверхностного слоя изготавливают готовую деталь.

">Процесс изготовления детали в цело может идти по двум принципиальным направлениям:

">1)Изготовление заготовок, приближающихся по формам и размерам к готовой детали, тогда на заготовительные цехи приходится значительная доля трудоемкости и относительно меньшая доля на механические цеха.

">2) наоборот: заготовка грубая, механические цеха выполняют основную долю обработки.

">Факторы, влияющие на выбор рациональной заготовки:

">1. Материал. Технологические св-ва материала (ковкость, штампуемость, свариваемость, литейные св-ва).

">2. Назначение детали в узле, мех-ме и условиях её работы.

">3. Конфигурации детали.

">4. Тип производства.

">5. Влияние сложности тех процесса в изготовлении.

">6. Производственные возможности заготовит цехов.

">Последовательности выбора заготовки:

">1. Устанавливают, какой тех процесс наиболее подходит для изгот детали, кот в свою очередь определ вид заготовки.

">2. Одновременно необходимо провер возможность комбинирования тех проыессов (литьё+сварка и т.д.)

">3. Выбирают метод формообразования заготовки.

">4. Выбор оборудования.

">2. Основные факторы, определяющие выбор заготовки.

">Основные факторы:

">1)Материал, из которого изготавливается деталь и его свойства (литейные, штампуемость, свариваемость).

">2)Назначение детали в узле машины, механизме и условия её работы.

">3)Конфигурация детали.

">4)Тип производства.

">5)Влияние сложности ТП по последующей механической обработке.

">6)Требуемая точность выполнения заготовки и её поверхности (наклеп, шероховатость).

">7)Производственные возможности заготовительных цехов.

">8)Время, затрачиваемое на технологическую подготовку в целом.

">9) Возможность быстрой переналадки технологической оснастки.

">Детали узлов

">1. зуб колёса, маховики, блоки, ступицы, корпуса и крышки подшипников, тройники, гычаги, в сер пр-ве целесообразно изгот литьём в том случае, когда нерационально явл изгот штамповкой. В мелкосер пр-ве и единичном пр-ве целесообразно изгот литьём. Для зуб колёс в крупносер и массовом пр-ве целесообр изгот штамповкой с полед накаткой зуба.

">2. гладкие и ступенчатые валы с неболшим перепадом ступеней (до 10мм), стаканы, втулки, кольца, как в ед пр-ве, так и в вер пр-ве, рекомендуют изгот из проката (сортового, листового, трубного).

">3. балки, кронштейны, плиты, как в ед пр-ве, так и в вер пр-ве, рекомендуют изгот из профильного сортового проката.

">4. мелкие и средние детали целесообразно изгот из пластмасс и методами порошковой металлургии.

">5. стальные, полые ступенчатые валы, крупные стальные втулки с фланцами, целесообр изгот горячей штамповкой или из труб

">6. диски, жаропрочные титановые сплавы, целесообр изгот горячей штамповкой с послед раскаткой.

">3. Технологичность заготовок.

">ТКИ ">- представляет совокупность свойств конструкции определяющих её приспособленность достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте, с целью обеспечения заданных показателей качества, объема выпуска и условии выполнения работ. Показатели ТКИ делятся на качественные и количественные:

">КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ">: оценку осуществляют на основе практического опыта, на стадии эксплуатационного проектирования.

">КОЛЛИЧЕСВЕТННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ">: дают возможность объективно и достаточно точно оценить технологичность сравниваемых вариантов применительно к заготовкам это трудоемкость изготовления, технологическая себестоимость и коэффициент использования металла.

">ТРУДОЕМКОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ">: представляет собой суммарные затраты времени на изготовление заготовки, приближенная оценка трудоемкости может проводиться «весовым методом»

"> , где Т- трудоемкость проектируемой и типовой заготовки, " xml:lang="en-US" lang="en-US">G ">- масса проектируемой и типовой заготовки.

">ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ ЗАГОТОВКИ ">: Выражается стоимость материалов: , где: М- стоимость расходов основных материалов в рублях, З- зарплата рабочих в рублях на штуку, ">- затрата на возмещение износа тех. Оснастки в рублях за штуку, - расходы связанные с эксплуатацией и использованием оборудования в рублях за штуку.

">КОЭФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ">: , где - масса детали, - масса расходных материалов на получение заготовки.

">Максимальный обеспечивает более дорогостоящие производство

">1)Желательно чтобы очертания заготовки представляли собой сочетание наиболее простых геометрических форм.

">2)формы и размеры отдельных элементов заготовки должны быть унифицированы(т.е. выбираться из рядов)

">3)Точность размеров и шероховатость поверхностей заготовки должны быть экономически обоснованны.

">4)Желательно максимально использовать способы получения заготовок без дальнейшего снятии стружки.

">5)Конструкция детали должна допускать возможность её изготовления из двух и более частей.

">4. Методики выбора машиностроительной заготовки.

">1)Корпусные детали закрытого типа, на которые монтируются рабочие механизмы и узлы машины (корпуса двигателей, станины, цилиндры, корпуса приспособлений) необходимо изготавливать литьем).

">2) Корпусные детали открытого типа, на которые рабочие механизмы (рамы, корпуса) в серийном производстве изготавливают литьем, в единичном и мелкосерийном сварными.

">3)Детали узлов машин –зубчатые колеса, блоки, маховики, ступицы, корпуса и крышки подшипников, в серийном производстве изготавливают обработкой давлением, в единичном - литьем.

">- гладкие ступенчатые валы с необходимыми перепадами диаметров (стаканы, втулки, кольца) необходимо изготавливать из проката.

">- стальные полые ступенчатые валы, стальные втулки с фланцами изготавливают из труб.

">- диски турбин целесообразно изготавливать горячим прессованием с последующей горячей раскаткой.

">5. Основные литейные материалы.

">ТАБЛИЦА ИЗ ПРЕЗЕНТАЦИИ

">Чугуны "> – это сплавы железа с углеродом, массовая доля углерода которых более 2%, в состав чугонов входит кремний, марганец, фосфор и др.

">Серые чугуны ">(сч10,15,20,25): СЧ-серый чугун, 10- предел прочности на растяжение.

">Ковкий чугун ">(КЧ30-6,КЧ33-8): 30-предел прочности на растяжение, 6- наименьшее относительное удлинение %, обладают хорошими пластическими свойствами в холодном состоянии.

">Высокопрочные чугуны ">(ВЧ35,40): 35-предел прочности, графит(???) имеет шаровидную форму, что повышает прочность.

">Антифрикционные чугуны ">(АЧС-1АЧВ-2,АЧК-2) Они работают при слови контакта трения, износоустойчивые имеют небольшое количество добавок хрома, меди титана, могут быть ковкими, серыми, высокопрочными.

">Легированные чугуны ">(ЧХ1,ЧХ16М2,ЧХ28г): содержат большое количество легирующих элементов: Х- Хромистые, Г- марганцевые, Ю- аммнонивые, С- кремнистые, Н- никелевые, Ш- шаровидные…

">Стали "> –сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода менее 2%, она обозначается в сотых долях процента.

">Легированные стали ">(15л,20л,30л,45л)- имеют хорошие литейные свойства.

">Конструкционно-легированные стали ">(15ГЛ,30ХНМЛ) цифра после буквы обозначает содержание легирующих элементов, если цифра не стоит, то его содержание не больше 2 ">%. Медные сплавы ">. ">Латуни "> - это сплавы меди с цинком. ">Бронзы ">- сплавы меди с оловом (БрС30,БР016С5) ">Алюминиевые сплавы ">- это сплав алюминия с медью, марганцем, кремнием и др.

">Магниевые сплавы ">(МЛ5,МЛ12)- литейные (присутствует алюминий)обладают высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием, способны гасить вибрации, плавка только в вакууме, склонны к образованию горячих трещин. ">Титановые сплавы ">(ВТ5Л,ВТ6Л)- высокая удельная прочность, высокая жидкотекучесть пониженная свариваемость, химически активны, сварка в вакууме.

">6. Литейные свойства сплавов.

">1)Жидкотекучесть – это способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить размеры и формы литейной формы и стержней. Она увеличивается с увеличением температуры перегрева сплава. Углерод и фосфор улучшают жидкотекучесть.

">2)Усадка - общее уменьшение объема и размеров отливок при охлаждении и затвердевании. Для предотвращения устанавливаются прибыли, для дополнительной подачи металла при его затвердевании.

">3) Внутренние литейные напряжения- при охлаждении и затвердевании металла отливки в следствии усадки возникают внутренние усадочные напряжения если ">, то возникает деформация. Если то происходит разрыв- образование трещины. Предотвратить это можно увеличением жидкотекучести и медленным охлаждением сплава в области высоких температур.

">4)ЛИКВАЦИЯ (???) ">- это неоднородность сплава по химическому составу, как в отдельных частях отливки(зональная), так и в кристаллоидах(???) стали ликвидируют углерод, фосфор, сера, образуя неоднородность сплава. Предотвращается хорошим перемешиванием сплава при заливке.

">5)Поглощение газов? Металлы и сплавы при плавке способны поглощать газы(водород, метан) из ржавчины, влаги, топлива и изменяется качество сплава. Понижение поглощение газов может быть достаточно пропусканием через сплав других газов, не поглощаемых этими сплавами, но убирающие растворенные газы, или применение плавки в вакуумных печах.

">Требования предъявляемые к литейным сплавам:

">1)Они должны по возможности хорошо заполнять литейную форму т.е. иметь высокую. Жидкотекучесть.

">2)Они должны иметь низкую температуру плавления.

">3)Они должны обладать незначительной усадкой при охлаждении.

">4)Они должны обладать незначительной способностью поглощать газы.

">5)Они должны обладать хорошей структурой.

">6) Они должны обладать незначительной способностью ликвации, которая в некоторых местах сплав.

">7)Они должны иметь наименьшую стоимость.

">8)Они должны легко обрабатываться резанием, иметь достаточно хорошую свариваемость.

">7-8. Литьё в песчано-глинистые формы: сущность технологического процесса, технологические возможности, область применения и оснастка.

">1,2 – рёбра; " xml:lang="-none-" lang="-none-">

">3 – модель;

">4 – стержень;

">5 – форма;

">6 – стояк;

">На долю этого способы приходится до 70% отливок материалов – для изготовления литейных форм служат формировочные смеси из песка и глины. С добавлением добавок:

">1)отходы целлюлозно-бумажной промышленности не дают осыпаться.2)каменноугольные пыли не дают пригорать смеси.3)отходы мазута не дают пригорать смеси для цветных металлов. ">Технологический процесс:

">1)Приготовление формовочной смеси:-сушка песка и глины в печах

">-размалывание глины на мельницах и бегунах до мелкодисперсного состояния

">-перемешивание смеси-вылеживание смеси-подача на формовку

">2) Формовка (обеспечивает получение литейной формы) Для её обеспечения необходимо следующие: опоки, литейные модели и стрежни. Литейная модель - копия очертаний отливаемой детали с учетом припуска на механическую обработку. Материалом для изготовления литейных форм служит дерево (орех, бук, береза, липа, сосна, ель). Часто модель склеивают из отдельных кусочков с различным направлением волокон (для большей прочности) Она выдерживает 5-500 отливок. Иногда изготавливают из чугуна, латуни.

">Для получения полостей и отверстий изготавливают стрежни.

">Опоки - это ящики, имеющие только стенки (РИС)

">3) Заливка- способ подвода расплава в форме зависит от конфигурации, толщины стенок и металла.При заливке чугуна металл подводится к тонким стенкам, чтобы обеспечить равномерное охлаждение. При заливке стали металл подводится к утолщенным элементам, т.е. характерна большая усадка.

"> Классы точности отливок:

">-размерной до 100 кг 7-13 классы(7 для маленьких отливок в массовом производстве; 13 для крупногабаритных отливок в единичном производстве)

">-допуски 9-14 квалитеты-шероховатость 0,2 -40 мкм-припуски 2.5 – 10 мкм на сторону

">Достоинства: ">- выполнение для различных условий производства

">-сложность конфигурации-различные масса и габариты

">Недостатки: ">-высокая трудоемкость-длительность-низкая производительность при ручной формовке- низкое качество-высокие припуски-отрицательное воздействие на окружающую среду

">9. Литьё в оболочковые формы: сущность технологического процесса, технологические возможности, область применения и оснастка.

">Поскольку прочность литейной формы в песчано-глинистые формы невысока, это требует большое количество формовочной смеси(на 1 т литья используется 4-12 т смеси).Достижения Химии полимеров позволили найти связывающие повышающие прочность смеси в сухом состоянии, т.е. появилась возможность заменить песчано-глинистую форму оболочковой.

">Материалы: ">-кварцевый песок-термореактивная смола

">Предел прочности такой смеси повышается в 15-20 раз, и составляет 5 МПа

">Процесс литья ">: начинается с того что на самодельный щиток

">устанавливается модель (они металлические) они нагреваются до 200-300градусов, смазываются разграничительной смазкой и выдерживаются 10-30 сек. Засыпается формовочная смесь, смола нагревается и связывает песчинки, образуя оболочку 6-15 мм. После удаления смеси оболочка вместе с модельной плитой помещаются в печь, где при 600-700 выдерживаются 3 мин., при этом смола изменяется переходя в твердое состояние. После этого оболочка выталкивается. Если форма состоит из двух, то их склеивают. При необходимости устанавливается стержень и производится заливка металла. После охлаждения отливки оболочка спокойной разрушается, т.к. часть смолы выгорает. Смесь регенерируется(?) т.е. огнеустойчивый наполнитель может быть использован еще раз.

">Особенности:

">-Оболочковые формы можно изготовить по горячей металлической оснастке.

">-песчано-смолевые смеси обладают высокой сыпучестью, т.е. повышается точность размеров (8 квалитет " xml:lang="en-US" lang="en-US">Rz ">=40-80 мкм).-масса отливок 0,5-50 кг.

">-эффективность способа, припуски снижаются в 2 раза.

">-уменьшается объем механической обработки.

">-Уменьшается объем формовочной смеси.

">-устраняются трудоёмкие операции выбивки.

">Этот способ наиболее рационально применять в условиях серийного производства(не меньше 200 отливок в год)

">Недостатки: ">-работа на горячей оснастке.-утрата точности литейной формы при изготовлении тяжелых заготовок.

">10. Литьё по выплавляемым моделям: сущность технологического процесса, технологические возможности, область применения и оснастка.

">Сущность метода заключается в использовании неразъемной разовой модели.

">При этом перед заливкой расплава, модель удаляется их формы вплавлением, выжиманием, растворением.

"> Технологический процесс:

">Модель или звено модели изготавливают в пресс-форме, рабочая плоскость которой имеет конфигурацию отливки с припуском, на механическую обработку модель изготавливают из материалов, имеющего невысокую температуру плавления(воск, парафин), высокую способность растворяться(карбонит), способность выгорать без образования остатков. Собирают в блоки, имеющие модели литниковой системы и прибыли. Далее блок молей с жидкой формовочной смесью (суспензией) для оболочковых форм на поверхности образуется слой менее 1 мм, оболочку наращивают опылением в 3-10 слоёв, каждый слой просушивается на воздухе, либо в аммиаке. После этого модельный состав выплавляется при 100 градусах, дополнительно прокаливают. После охлаждение и затвердевания керамическая форма разрушается.Процесс обеспечивает гладкую чистую поверхность (8-11 квалитет)припуски от 1.4 мм. Этот процесс обеспечивает максимальный КИМ(85-95%) Из-за улучшения формы можно получить отливки 0,8-2 мм.

">Достоинства: ">- возможность получения отливок любых сплавов, любой конфигурации, тонкостенных.-возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей.-возможность организации как в единичном так и в массовом производстве.-уменьшение расходов формовочных материалов.-уменьшение вредных воздействий.

">Недостатки: ">-Трудоемкость и длительность.-Большое количество факторов, оказывающих влияние на качество отливки.-большая номенклатура материалов для получения формы.Повышенный расход металла на литники.

">11. Литьё в металлические формы (кокиль): сущность технологического процесса, технологические возможности, область применения и оснастка.

">Кокиль - это металлическая литейная форма, заполняемая расплавом; используется многократно. Состоит из двух полуформ,плиты и вставок. Полуформы взаимно центрируются штырями и их соединяют замками. Параметры кокиля Превышают величину отливки на величину усадки сплава. Стрежни извлекаются из отливки после её затвердевания и охлаждения. Расплав заливают через литниковую систему, а питание осуществляется через прибыли. Удаление газов осуществляется через стенки кокиля. Конструкция кокиля может быть сложной (неразъемные, с горизонтальным, вертикальным и несколькими плоскими разъемами)

">Технологический процесс: ">1)Подготовка кокиля к работе: поверхность разъема тщательно очищается; проверяется легкость перемещения частей, точность центрования; на плоскость кокиля наносится слой огнеупорного покрытия и краска; кокиля нагревается до рабочей температуры (473-623)

">2)Заливка расплава

">Особенности взаимодействия кокиля с металлом отливки:

">Металлический кокиль обладает большей теплопроводностью, теплоемкость, почти нулевой газопроницаемостью.1)Процесс охлаждения материала отливки идет более интенсивно(получается более мелкозернистая и плотная структура)

">2)Гидротекучесть материала уменьшается, т.е. наполняемость формы хуже (не получают более тонкостенные отливки)3) Кокиль практически неподатлив, поэтому возможно обеспечение более высокой точности(12-15 квалитет) но в тоже время это способствует образованию значительных внутренних напряжений(трещины, корабление)4) внутренняя поверхность кокиля покрывается облицовочной смесью, поэтому шероховатость поверхности низкая (8-10 мкм)

">Преимущества: ">-повышение производительности труда (в 2-3 раза).

">-снижение расходов на капитальные вложения (увеличение съема отливок 1).-повышение качества отливок.-улучшение саниатрано-гигиенических условий.-возможность полной автоматизации и механизации.

">Недостатки: ">-высокая стоимость кокиля, сложность его изготовления.

">-образование внутренних напряжений.-сложность получения отливок сложной конфигурации.Применяют в серийном и массовом производстве: минимальная партия более 20 крупных и 400 мелких отливок в год (чугун) 400-700 отливок в год (алюминий).

">12. Центробежное литьё: сущность технологического процесса, технологические возможности, область применения и оснастка.

">Это способ изготовления отливок, при котором залитый в форму металл подвергается воздействию центровых сил. Применяется вращающие литейные формы, т.е. отливки, только тела вращения. По материалу литейной формы, ограничений нет. Поскольку форма вращается, то используют приводы (чаще всего электрической) такие машины называются центробежными; с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

">В машинах с горизонтальной осью в основном получают трубы, с вертикальной осью невысокие отливки (диаметр намного больше высоты)

">А)ковкиБ)форма со шпинделем ЭД.Расплав (3) под действием центр. сил отбрасывается к стенкам литейных форм и затвердевает.Дает 100% водного выхода.Условия формирования отливки, обусловлены материалом отливки. Число оборотов 1500 со стороны наружной поверхности припуски могут быть меньше, а со стороны внутренней больше.

">Преимущества: ">-отливки обладают большой плотностью в следствии малого наличия пустот.-меньший расход металла из-за отсутствия литниковой системы.-исключение затрат на изготовление стрежней.-Исключение влияния жидкотекучести на заполняемость литейной формы.-возможность изготовления отливок из двух различных сплавов: армированные, наварка расплава, последовательная заливка различных сплавов.

">Недостатки: "> неточность диаметра со стороны свободной поверхности(разностенность по выосте)При армировании в литейную форму вначале устанавливается арматура, которая заливается сплавом другого состава, что понижает износ.При наварке сначала устанавливается металлическая втулка, затем заливается сплав.При последовательной заливке сначала заливается один металла, потом когда он затвердевает, остается только не на внутренних поверхностях, заливается другой металл.

">Минимальные припуски на отливки устанавливаются для серого чугуна, далее припуски увеличиваются.

">13.Литье под давлением.

">Расплавленный металл заливают в камеру спец. манины, а затем под давлением перемещается в этой камере. Через литниковые каналы заполняет с высокой скоростью полость формы, затвердевает под избыточным давлением образуя отливку, после раскрытия литейной формы отливку вынимают.

"> Особенности:

"> Соскальзыв. метал. формы и избыточное давление на жидкий металл позволяет получить отливки высокого качества, точности и низкой шероховатости.Схема работы машины с вертикальной холодной камерой прессования:

">Расплав подается в камеру прессования (2) и поршнем (1) через!!!... в пресс форму состоящую из подвижной половины (7) и из подвижной (6), остаток металла выталкивается камеры (2) поршнем (3) с пружиной (4). Готовая отливка (8) вместе с литниками извлекается из подвижной половины (7) пресс формы.

">Давление равно 30-177 МПа. Скорость выпуска жидкого металла в пресс-форму от 0,5-120 м/с.

">Литейная форма заполняется 0,1-0,01 сек.

">Высокая пластическая энергия движ. металла позволяет получать и хорошую частоту поверхности. Использ. лит. формы так же действие давления при затвердевании отливки способствует получению 7-9 квалитета точности. " xml:lang="en-US" lang="en-US">Rz "> 20-10 мкм " xml:lang="en-US" lang="en-US">Ra "> 1,25-0,63

">Получают отливки из " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al ">, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Cu ">, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Zn ">-сплавов.

">Масса отливок при литье под давлением зависит от мощности машины и фактически может составлять от нескольких грамм до кг.

">Прочность на 10-15% увеличивается отливок, получаемых литьем в землю.

">Структура ухудшается, т.к. в процессе заполнения формы воздух и газы образуются от сгорания смазки образуют газавоздушную пористость.

"> «+» ">1. Получение отливок с малой толщиной стенки менее 1 мм и развитой поверхности большой площади; 2. Повышение качества; 3. Полное исключение трудоемких операций изготовления, сборки и выбивки форм, т.к. метал. пресс форма используется многократно, процесс извлечения осуществляется машиной. 4. Значительное улучшение санитарно гигиенических условий труда.

"> «-» ">1. Ограничения отливок по габаритам и массе; 2. Высокая стоимость пресс формы; 3. Трудоемкость изготовления, ограниченная стойкость пресс формы, особенно при литье черных металлов; 4. Газовые усадки и пористость.

">14.Электрошлаковое литье. РИС

">Процесс плавления и зам-вания проходит одновременно.

">В начале процесса водоохлаждаемый медный кристаллизатор 6 заливают предварит. расплавленный шлак 4. Электрический ток подводится к переплавляемым электродам 7 и затравке 1, находящейся в нижней части кристализ. Шлаковая ванна обладает малой электропроводностью, поэтому при прохождении через нее эл.тока выделяется большое количество теплоты. Шлаковая ванна нагревается до температуры 1973 С благодаря чему через погруженные в нее концы электродов оплавляются. Капли расплавленного металла проходят через ванну, собираются в зоне кристаллизации, образуя над слоем шлака металлич.ванну расплава 3 , кот. непрерывно пополняется в верхней части расплавом от плавящихся электродов и последовательно затверд. в нижней части кристаллизатора.

">При получении отливки 2, электроды 7 по мере их плавления поднимают вверх. Для образования в отливки внутренней полости устанавливают металлический стержень 5, который поднимается вверх. Сущность процесса заключается в том, что плавка по времени и месту совмещены заполнением литейной формы. Отливка постепенно направляется к литейной форме. Литейная форма выполняет 2 функции, служит для формирования отливки. Используется для получения фасонных отливок из специальных сталей и сплавов и отливки ответственного назначения, к которым предъявляются высокие требования технологических свойств и качества.

">Отливки типа цилиндров, трубы круглого и овального сечения, корпуса задвижек, тепловых и атомных ЭС. Сосуды сверхвысокого давления, шатуны и др.

">15.Непрерывное литье

">Жидкий металл равномерно и непрерывно в охлаждаемую форму кристаллизатор (2) с одного конца и в виде затвердевшего прутка вытягивают спец. мех-мом с другого конца вследствии чего создаются условия для непрерывного затвердевания отливки. Отливки плотные без усадочных раковин с высокими мех. св-ми.

">Поддон (4) с затравкой (5) устанавл. в нижней части кристаллизатора.

">Подается из ковша (1) в литейную полость (6).

">Толщина 10-16 мм. Скорость 0,75-1 м/мин.

">В процессе литья - непрерывное извлечение трубы из кристаллизатора что обеспечивает высокую прочность. Качество отливок соответствует литью в металлические формы. Трубы Ф до 0,8 м и до " xml:lang="en-US" lang="en-US">l "> = 10м.

">«+»1. Получение отливок различного поперечного сечения неограниченной длины, увеличение выхода годного, меньше расходов на изготовление литейных форм. 2. Автоматизация процессов разливки металлов, полное исключение трудоемкости операций. Санитарные нормы.

">«-» Увеличивается интенсивность охлаждения расплава, что приводит к внутренним напряжениям.

">16.Литье выжиманием

">Сущность в том, что для улучшения заполняемости литейной формы и повышения качества отливки, процесс осуществляется таким образом, что геом. размеры и форма отливки изменяются по мере заполнения литейной формы расплавом. Это позволяет уменьшать потери теплоты расплавом и наилучшим образом осуществлять заполнение литейной формы для получения тонкостенных и крупногабаритных отливок.

">Процесс может осуществляться 2я способами:

">1. Поворотом половины литейной формы относительно неподвижной оси.

">2. Плоскопараллельным перемещением одной из 2х полуформ.

"> После подготовки и сборки формы осуществляют заливку расплава нижнюю часть метало-приемника литейной установки 1 этап, затем эту форму поворачивают 2 этап и расплав поднимается в установке, заполняя полость между полуформами и боковыми стенками, закрывающих установку с торцов.В наст. момент сближ. полуформ конфигурация объема расплава такова, что потери теплоты их в форме мин. В момент же окончания сближения полуформ этап 3 расстояние между ними соответствует толщине стенки отливки, а излишки металла сливаются в приемный тигель. После затвердевания отливки подвижная полуформа возвращается в исходное состояние, а отливка извлекается из установки, т.о. получают отливки с малой толщиной стенки до 2 мм и значительной площадью 1000х3000 (панели, детали сателлитов)(" xml:lang="en-US" lang="en-US">Al "> 2, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al ">4, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al "> 6, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Mn "> 5).Отливки имеют хорошую структуру, механические свойства. Благодаря тому что формировании отливки процесс одновременно с заполнением лит. форм и заканчивается в момент ее заполнения. Выход годного не велик 8-10%. Процесс имеет малую трудоемкость. Позволяет произвести замену клепанных и сварных изделий.

">17. Штамповка жидкого металла

"> Штамповка жидкого металла является одним из прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать плотные заготовки с уменьшенными пропусками на механическую обработку, с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

"> Технологический процесс штамповки жидкого металла объединяет в себе процессы литья и горячей объемной штамповки.

"> Процесс заключается в том, что расплав, залитый в матрицу пресс-формы, уплотняют пуансоном, закрепленным на ползуне гидравлического пресса, до окончания затвердевания.

"> Сопряжение пуансона и матрицы образует закрытую фасонную полость. Наружные контуры заготовки получают разъемной формой, если деталь имеет наружные выступы, или неразъемной формой – при отсутствии выступов. Внутренние полости образуются внедрением пуансона в жидкий металл.

"> После извлечения из пресс-формы заготовку подвергают различным видам обработки или используют без последующей обработки.

"> Под действием высокого давления и быстрого охлаждения газы, растворенные в расплаве, остаются в твердом растворе. Все усадочные пустоты заполняются не затвердевшим расплавом, в результате чего заготовки получаются плотными, с мелкокристаллическим строением, что позволяет изготавливать детали, работающие под гидравлическим давлением.

"> Этим способом можно получить сложные заготовки с различными фасонными приливами на наружной поверхности, значительно выходящими за пределы основных габаритных размеров детали. В заготовках могут быть получены отверстия, расположенные не только вдоль движения пуансона, но и в перпендикулярном направлении.

"> Возможно, запрессовывать в заготовки металлическую и неметаллическую арматуру.

"> Процесс используется для получения фасонных заготовок из чистых металлов и сплавов на основе магния, алюминия, меди, цинка, а также из черных металлов.

">18.Проектирование литых заготовок

">Требования, предъявляемые к конструкции отливок:

"> Необходимо выполнить след. требования:

">1) Отливки по возможности должны иметь простое внешнее очертание с минимальным числом ребер, выступов и внутренних полостей.2) Конструкция отливки должна обеспечивать высокий уровень ее служебных характеристик, прочность, жесткость, герметичность.3) Конструкция отливки должна учитывать взаимодействие ее с литейной формой.4) Конструкция отливки должна быть достаточно технологичной с точки зрения выбранного литья.

">5) Базовые поверхности отливки должны иметь расположение, удобное для обработки резанием.6) Конструкция отливки при данных условиях должны предусматривать " xml:lang="en-US" lang="en-US">min "> расход материалов.7) Отливка должна быть компактной, изделия крупные нужно разделить на несколько частей. ">Разработка чертежа отливки. ">Исходные данные:1.Чертеж детали2.Сведения о программе выпуска3.Материал4.Назначение детали в узле. "> Вначале "> при разработке отливки, прежде всего, следует оценить ее технологичность. Внимательно изучить конструкцию детали и по возможности упругость. Необходимо оценить возможность получения внутр. поверхностей, отверстий, помня, что количество стержней существенно повышает трудоемкость изготовления и сборки формы. Увеличивают вероятность получения брака. ">Обеспечение удобства формовки отливок. ">Разработка технологического процесса изготовления отливок начинается с рассмотрения возможных вариантов расположения ее в литейной форме.1.Выбор поверхности разъединения.

">Поверхность, по которой при сборке формы соединяются ее части нижняя и верхняя, называется поверхностью разъема. а) Конструкция отливки должна допускать возможность расположения ее в одной полуформе или иметь лишь один небольшой разъем (в металлические формы).б) Если деталь располагается в обеих частях формы, то поверхность разъема должна совпадать с поверхностью разъема модели. Для определения возможности свободного удаления моделей из формы используют метод теней. При просвете ванны отливки параллельными лучами, по всем сечениям нигде не возникает затемненных участков. в) Внутренние поверхности отливки должны иметь достаточное количество окон или отверстий, размеры и расположения которых должно обеспечивать правильное и устойчивое расположение частей в литейной форме. ">Обеспечение кач-ва отливок ">Качество слоев отливки в различных частях формы будет не одинаковым при заполнении литейной формы жидким металлом, расплавом, возможны загрязнения самого металла собираются и поднимаются вверх. Растворенные в металле газы поднимаются в верхние части отливки, так же создаются осадочные раковины. Наилучшее качество отливки формируется в нижней части литейной формы.

">Назначение толщины стенок отливок ">Назначение минимальной толщины стенки. Если толщина стенок завышена, то это может привести к появлению осадочных раковин, пористости и т.д. В конечном итоге уменьшается прочность стенок и увеличивается расход металла. Если толщина стенок занижена, то в этом случае технологичной сложно получить отливку: незаконченные металлические формы, пустоты, трещины.

">Минимальная толщина может быть выбрана из зависимости от габаритов детали: N=(2*l+b+h)/3. Для отливок, получаемых литьем в песчаные формы, существуют специальные графики, по которым выбирается эта толщина. Если N>8, то толщину стенки для стальных и чугунных отливок принимают не меньше 40-30 мм?. N<0,1 для алюминиевых сплавов минимальная толщина стенки 2мм, медь, олово - 2.5 мм. -4 мм.

">Если полученная минимальная толщина стенки окажется > указанной на чертеже, то необходимо произвести корректировку по согласованию с конструктором. Назначение напусков на отливки

">Напуском называется технологический участок отливки, где отверстия, впадины полости, способами литья получить затруднительно или невозможно.

">19.Правило выбора баз и простановка размеров

">База - поверхность, сочетание поверхностей, ось, точка = заготовки. Используется для базирования при механической обработке. Базы: чистовая, черновая мех.обработка.При выборе баз черновой обработки необходимо учитывать следующие рекомендации:1. Размеры черновой базы по возможности должны быть минимальны, в этом случае ее коробления и отклонения будут минимальны.2. Лучше всего, если базовые поверхности располагаются в нижней части литейной формы и образуются в ней за счет отпечатка модели и не стержней.3. В качестве базовых поверхностей не желательно применять поверхности совпадающие с разъемом металлической формы или пересекающие его.4. Черновые технологические базы должны обеспечивать устойчивое положение отливки в приспособлении для механической обработки.

">Основные правила расстановки размеров литых деталей.

">1. Необработанные поверхности необходимо привязывать к черновой литейной базе непосредственно или с помощью уравнений размеров.

">Г-необрабатываемый, привязан с помощью В

">2. Исходную чистовую базу следует привязывать к черновой базе А.

">3. Все остальные размеры механической обработки поверхностей должны быть привязаны к базе механической обработки Б.

">20.Оформление чертежа литой заготовки

">Чертежи оформляются в соответствии с правилами УСКД. Чугунные отливки должны содержать все необходимые данные для изготовления, контроля и приемки. Исходный документ - чертеж детали. В начале - тонкими линиями чертеж детали, затем на все обрабатываемые поверхности называющиеся припуски, напуски. После определения положения отливки в литейной форме и линии разъема формы устанавливают литейные уклоны и назначают радиусы скруглений.С учетом размеров и положения стержней определяется конструкция и размеры внутренних поверхностей, отверстий, после чего устанавливают систему простановки размеров.

">Назначение технических условий ">1.Указывают вид термообработки, установленные пределы твердости,

">методы и место замер поверхности.2. Указывается класс точности размеров, масс, степень коробления и ряд припусков на механическую обработку в соответствии с ГОСТом 26845-85.Для разных размеров одной и той же отливки допускается применение разных классов точности.3.Неуказанные на чертеже радиусы закруглений и формовочные уклоны4. Допускаемые смещения опок.

">5. Сведения о материале с указанием ГОСТа6. Сведения о виде, количестве и местах расположения допускаемых литейных дефектов (пористость, раковины, трещины).

">21. Технологические возможности обработки металлов давлением

">На предприятиях машиностроительной и металлургической промышленности применяются различные методы обработки металлов давлением. Так, например, на машиностроительных предприятиях широко применяется свободная ковка, объемная и листовая штамповка, на металлургических заводах — прокатка, волочение и прессование (выдавливание). ">Свободная ковка "> осуществляется на молотах, либо прессах. Разнообразие форм поковок, получаемых в результате свободной ковки, достигается использованием одного и того же универсального инструмента — бойков, прошивней, раскаток и других. В процессе свободной ковки под действием усилия развиваемого молотом или прессом, происходит осаживание металла по высоте с увеличением его размеров в длину и ширину. Таким образом, форма изделия образуется за счет обжатия заготовки и неодинаковой деформации в различных направлениях. ">Объемная штамповка "> является разновидностью ковки и представляет собой технологический процесс, при котором штампованная поковка получается путем принудительного заполнения металлом полости штампа. Деформация металла при объемной штамповке осуществляется посредством специального инструмента — штампа, рабочая полость которого представляет собой оттиск формы изделия, которое необходимо получить. Поэтому форма и размеры полости штампа должны соответствовать виду требуемого изделия. Применяя методы точной объемной, преимущественно холодной штамповки, можно получить детали машин, которые не требуют выполнения последующей механической обработки резанием.

">Прокатка "> является одним из распространенных методов обработки металлов давлением. В начале прокатывали олово для изготовления посуды, золото и серебро для чеканки монет, свинцовые листы для труб. В настоящее время методы прокатки металла получили широкое практическое применение в производстве различных видов изделий.В зависимости от расположения валков и их относительного движения методы прокатки бывают: продольная, поперечная и винтовая (геликоидальная).Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлических материалов в твердом состоянии изменять форму и размеры под действием приложенных внешних сил, т.е. пластически деформироваться. Несмотря на большое многообразие процессов обработки давлением, их можно объединить ">в две основные группы "> — процессы металлургического и машиностроительного производства.К первой группе относятся: прокатка, прессование и волочение, т. е. процессы, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса. Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различного рода конструкций. Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка (горячая и холодная), листовая штамповка. Эти процессы обеспечивают получение заготовок изделий (деталей) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки. ">Обработке "> давлением могут подвергаться те металлы и сплавы, которые обладают необходимым запасом пластичности, обеспечивающим деформирование без нарушения сплошности материала, т.е. без его разрушения. Пластичность не является неизменным, наперед заданным свойством материала - на нее оказывает влияние ряд факторов: химический состав материала, температура и скорость деформации, форма очага деформации и т.п. Создавая соответствующие условия деформирования, можно получить требуемую технологическую пластичность. ">К "> зависимости от температуры и скорости деформации ">различают холодную и горячую деформации.

">Холодная деформация "> происходит при таких температурно-скоростных условиях, когда в материале протекает только один процесс — упрочнение (или наклеп) металла. ">Горячая деформация "> осуществляется при таких температурно-скоростных условиях обработки, когда в материале протекают одновременно два процесса: наклеп и рекристаллизация (упрочнение и разупрочнение), причем скорость разупрочнения равна или выше скорости упрочнения. При горячей деформации улучшаются все механические свойства материала: и прочностные, и пластические, особенно повышается ударная вязкость. После горячей деформации, как правило, микроструктура, мелкозернистая, макроструктура волокнистая. Образование волокнистой макроструктуры при горячей деформации — полезное явление, особенно при изготовлении ответственных деталей (турбинных дисков, валов, роторов и т.п.).При выборе технологического процесса обработки металлов давлением следует учитывать технологические свойства сплавов. Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качественную заготовку, тем сложнее технологический процесс и выше себестоимость детали.

">22. Основные методы получения заготовок пластическим деформированием

">Поверхностным пластическим деформированием (ППД) называется обработка заготовок давлением, при которой пластически деформируется только поверхностный слой материала.

"> Обработка методами ППД осуществляется на металлорежущих станках специальными инструментами. Эти методы обработки заготовки заключаются в пластическом деформировании их материала без образования стружки.

"> Различают два вида ППД. "> — Объемное пластическое деформирование (ОПД), которое используется для образования новых элементов заготовки: рифлений, резьб, шлицев, зубчатых поверхностей и т. д.— Поверхностное пластическое деформирование (ППД) — отделка поверхностей путем сглаживания неровностей и упрочнения поверхностного слоя заготовки: обкатывание роликами и шариками, алмазное выглаживание, дорнование и калибрование отверстий шариком, обработка металлическими щетками, обдувка дробью, чеканка и т. д.

">Методы ППД производительны и обеспечивают высокое качество поверхности (повышенную твердость, остаточные напряжения сжатия, низкую шероховатость поверхности) и необходимую точность.Обычно ППД производится на универсальном оборудовании и легко автоматизируется. Ей предшествует чистовая обработка (чистовое точение и растачивание, развертывание и др.).

">К этим методам относятся ">: осадка, обжатие, раздача, вдавливание, вытяжка, растяжка, правка, накатка. Восстановление размеров деталей производят перемещением части металла с нерабочих ее участков к изношенным поверхностям. Необходимость изготовления специальных приспособлений и штампов делает большинство способов этого вида ремонта экономически оправданным только при восстановлении многих однотипных деталей. ">Осадка "> применяется для увеличения наружного диаметра сплошных деталей или для уменьшения внутреннего и увеличения наружного диаметров полых деталей за счет уменьшения их высоты. Этим способом восстанавливают различные втулки при износе по внутреннему или наружному диаметру, цапфы валов и осей, зубья зубчатых колес и другие детали. ">Обжатие "> применяется для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет уменьшения наружного. Этим способом восстанавливают втулки из цветных металлов, проушины рычагов с гладкими или шлицевыми отверстиями, корпуса гидронасосов, сепараторы роликовых подшипников и др. После обжатия деталь наращивают по наружному диаметру (например, электролитическим способом), а по внутреннему диаметру развертывают до требуемого размера. ">Раздача "> применяется для увеличения наружного диаметра за счет увеличения внутреннего. Этим, способом восстанавливают пальцы, втулки (в том числе шлицевые), пустотелые валы и прочие тела вращения. Раздачу чаще проводят в холодном состоянии деталей, закаленные детали предварительно подвергают отпуску или отжигу. Вместо пуансона иногда используют стальные шарики нужного диаметра. После обжатия деталь по наружному диаметру, как правило, подвергают механической обработке. ">Вдавливание "> применяется для увеличения размеров изношенных частей детали посредством перераспределения металла с ее нерабочих поверхностей. Этим способом восстанавливают изношенные боковые поверхности шлицев, зубьев шестерен, шаровых пальцев и др. Закаленные детали предварительно подвергают отпуску. После вдавливания следует механическая обработка восстанавливаемых поверхностей детали, термообработка и шлифование. ">Вытяжка "> применяется для увеличения длины деталей (рычаги, тяги, штанги, стержни и др.) за счет местного сужения их поперечного сечения на небольшом участке путем приложения силы, перпендикулярной направлению удлинения. Вытяжку выполняют в горячем состоянии детали с местным нагревом до 800—850 °С. ">Растяжка, как и вытяжка ">, служит для увеличения длины детали, но направление удлинения совпадает с направлением действующей силы. Правка применяется для устранения изгиба, скручивания и коробления деталей. Этим способом восстанавливают валы, ходовые винты, оси, шатуны, тяги, кронштейны, балки, рамы и корпуса. ">Правку ">выполняют с использованием прессов, домкратов, скоб, специальных приспособлений, кувалд и молотков. В зависимости от степени деформации и размеров детали правку производят в холодном состоянии детали или с предварительным ее нагревом. ">Накатка "> применяется для восстановления неподвижных посадок на шейках валов. Деталь, закрепленную в центрах токарного станка, обкатывают роликом с насечкой из стали У12А или ШХ15 с углом заострения 60—70° и твердостью HRC 55—58, закрепленным в суппорте. Этим способом диаметр детали может быть увеличен до 0,4 мм. При твердости детали HRC<30 накатку производят в холодном состоянии при обильном охлаждении машинным маслом. После накатки деталь шлифуют или накатывают гладким роликом до получения требуемого размера.

">23.Основные кузнечные операции

">Осадка, высадка, протяжка, прошивка, раскатка и д.р.

">Осадка – операция ковки, связанная с увеличением попер. Сечения исходной заготовки и уменьшением ее высоты

">Коэф-т укова

">Высадка "> – операция, к–ая осущ-ся путем осадки, но производимая на некоторой части заг-ки. ">Протяжк ">а – операция ковки, связанная с уменьшением поперечного сечения заг-ки и увеличения ее длины. ">Прошивка ">- получение отверстий в поковке (чаще круглой формы) ">Раскатка на оправке "> – кузнечная

">Операция, связанная с увеличением наруж и внутр ДИАМЕТРА кольцевой заготовки и уменьшения толщины её стенки.

">Оборудование для ковки. ">Ковка выполняется на ковочных молотах. Устр-во молота основано на принципе ударного действия, энергия удара молота опред-ся массой падающих частей и "> их падения к моменту удара о заг-ку.

">По применяемому типу молоты: ">-паровоздушные (1);-пневматические (2);-механические.(1) могут работать на паре или сжатом воздухе. Теплота пара и энергия сжатого воздуха в молоте превращ-ся в работу движ-ия падающих частей.Они делятся на: простого действия (а), двойного действия

">(а) энергонаситель используется только для подъема падающих частей

">(б) энергия использ. и для давления на поршень молота сверху во время его рабочего хода(2) энергоноситель-воздух. Масса падающих частей до 75 кг(простого действия), до 1000 кг.(2-го действия)Исп-ся ковочные прессы- оборудование безударного действия(для получения крупногабаритных паковок) они могут быть парагидравлические и гидравлические.

">Усилия от 5 до 150мН ">Дефекты ковки. ">Могут возникать на различных стадиях тех. процесса. при нагреве паковки в процессе формоизменения в процессе охлаждения 4. в процессе не правильной термообработки(1) обусловлены нарушением режима нагрева материала) Недогрев – нагрев до " xml:lang="en-US" lang="en-US">t "> ↓ " xml:lang="en-US" lang="en-US">t "> ковки или недостаточная выдержка при ковочной " xml:lang="en-US" lang="en-US">t ">. В заг-ке возникают пов-ные или внутр трещины(недостаток пластичности)б) Перегрев дефектов возникает при нагреве заг- ки при " xml:lang="en-US" lang="en-US">t "> допустимой для данной марки стали или при длительной выдеожке. Результат черезвычайный рост зерна и снижение прочностив) Пережог- процесс окисления или оплавления по границе зерен металла в следствии длительного окисленного нагрева при высокой " xml:lang="en-US" lang="en-US">t ">. Металл теряет прочность и пластичность, что приводит к разрушению. Характерен крупнозернистый излом. Признак: обильное выделение рассыпающихся искр, образование надрывов с изгибистым очертанием.г) Обезуглероживание- выгорание с пов-ти.

">24. Исходные материалы для кузнечного производства заготовок

">Для процессов ковки исходными материалами являются слитки, масса которых может составлять от нескольких килограммов до 250...350 т, и прокатные заготовки. Для горячей штамповки используют кованую, прокатанную, прессованную заготовки и заготовки, получаемые волочением, а также жидкий металл. При листовой штамповке исходный материал — это горяче- и холоднокатаные листы и ленты из различных сталей, сплавов на основе алюминия, меди, никеля, титана, благородных металлов и другие материалы.

">Подготовка исходного материала (слиток, прутковый или листовой металл) к ковке и штамповке включает такие операции, как сортировка, разрезка на мерные длины, удаление поверхностных дефектов, термическая обработка, если это необходимо, и др. Если деформирование выполняется в горячем состоянии, возникает необходимость нагрева металла. Разнообразие существующих технологических операций в ковочно-штамповочном производстве требует соблюдения при выборе технологического процесса следующих основных положений: принятый технологический процесс должен обеспечить производство изделий с определенными; точностью их геометрической формы и размеров, механическими свойствами, структурой и отсутствием поверхностных и внутренних дефектов. При проектировании технологического процесса предусматривается периодический контроль качества изделий, который должен не только выявлять, но и предупреждать появление брака. Отделочные операции включают такие виды обработки, как обрезка облоя (заусенца) или других отходов, калибровка для повышения точности размеров и формы изделия и улучшения качества поверхности, термическая обработка, правка, очистка и травление, гальванические и лакокрасочные покрытия, оксидирование, анодирование и пр.

">26. Виды деформаций при пластической обработке металлов

">Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

">Основным признаком, по которому в теории ОМД производится деление пластической деформации на виды, является температура. Она определяет соотношение процессов упрочнения и разупрочнения, происходящих параллельно в деформируемом теле.

">Совокупность явлений, связанных с повышением прочностных свойств металлов в процессе пластической деформации, называется деформационным упрочнением или наклепом.

">Если в ходе пластической деформации прочностные характеристики металла понижаются, то речь идет о так называемом разупрочнении металла.

">Упрочняющие и разупрочняющие процессы протекают во времени с определенными скоростями, обусловленными условиями деформации и природой деформируемого металла. В зависимости от того, какой из про-цессов является преобладающим, результаты деформации будут различны.

">Существует несколько вариантов разделения пластической деформации на виды, из которых на практике наибольшее распространение получил тот, по которому различают только горячую и холодную деформации.

">Пластическую деформацию металлов называют горячей, если она осуществляется при температуре, равной или выше температуры начала рекристаллизации (">Т "> ">Т ">рекр). Температура ">Т ">берется в Кельвинах. Рекристаллизация (">Т ">рекр = 0,4  ">Т ">пл), т.е. процесс роста новых недеформированных зерен, вызывающий восстановление всех первоначальных физико-механических характеристик металла, успевает пройти полностью, искажения кристаллической решетки отсутствуют.

">При холодной деформации рекристаллизация и возврат полностью отсутствуют и деформированный металл имеет все признаки упрочнения. Температурный интервал холодной деформации расположен ниже температур начала рекристаллизации (">Т ">< ">Т ">рекр). В результате холодной деформации сопротивление металла деформации увеличивается, пластичность уменьшается. Используется она обычно на конечных стадиях получения изделий для обеспечения точности размеров, требуемого уровня свойств и высокого качества поверхности.

">Согласно приведенной классификации холодная и горячая деформации не связаны с конкретными температурами нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Определить вид деформации можно по заданной температуре обработки металла

">27. Механические характеристики деформируемых сталей и сплавов

">Легированные стали для штампов холодного деформирования:

">Эти стали должны обладать твердостью и прочностью, большими, чем твердость и прочность деформируемого металла; высокой износостойкостью; достаточной вязкостью; соответствующей прокаливаемостью; незначительными объемными изменениями при закалке.

">Высокохромистые стали применяют для крупных штампов сложной формы, работающих при повышенных нагрузках и износе. Сталь Х12, имеющая более низкие механические свойства, применяется редко. Сталь Х12Ф1 превосходит сталь Х12М по пластичности, вязкости и устойчивости против отпуска. Сталь Х12М с большим содержанием С после закалки получает более высокую твердость. Сталь Х6ВФ применяется для штампов сравнительно небольших размеров.

">Пластически деформируемые сплавы обладают высокими механическими свойствами, хорошо штампуются, режутся ножницами, обрабатываются на станках.

"> Применение же пластически деформируемых сплавов ограничено их высокой стоимостью.

"> К дуралюминам относится группа пластически деформируемых сплавов на алюминиевой основе.

">Механические характеристики определяются следующими факторами:

">-веществом, его структурой и свойствами;

">-конструктивными особенностями элемента, т. е, размерами, формой, наличием концетраторов, состоянием поверхности;

">-условиями при нагружении: температурой, скоростью, повторяемостью нагрузки и др.

"> Конструкционные материалы в процессе деформирования вплоть до разрушения ведут себя по разному. Пластичное поведение характеризуется существенным изменением формы и размеров, при этом к моменту разрушения развиваются значительные деформации, не исчезающие после снятия нагрузки. Такие материалы называют пластичными. При хрупком поведении разрушение наступает при весьма малых деформациях, и материалы с такими свойствами называют хрупкими. Однако одни и те же конструкционные материалы, находящиеся в различных условиях деформирования, ведут себя по разному: при одних условиях проявляют себя как пластичные материалы, при других—как хрупкие. В связи с этим, основные макромеханические характеристики материалов — упругость, пластичность, вязкость и др. правильнее относить не к их свойствам, а к состояниям материала.

">28. Температурный интервал горячей обработки давлением

">Для горячей обработки давлением металл нагревается до определенной температуры и деформируется до тех пор, пока т-ра его не опустится до такой, при которой дальнейшая деформация окажется невозможной. Таким образом, металл может быть деформирован в строго определенном температурном интервале. Максимальная т-ра его называется верхней границей, а минимальная - нижней. Каждый металл имеет свой строго определенный тр-ный интервал горячей обработки давлением. Верхний предел т-рного интервала tв.п избирается так, чтобы не было пережигания, интенсивного окисления и обезуглероживания, а также перегрева. При выборе верхней границы т-рного интервала для высокоуглеродистых и легированных сталей необходимо иметь в виду их большую склонность к перегреву. Температура нижней границы tн.п должна быть такая, чтобы после деформации при этой т-ре металл не получил укрепления (наклепа) и имел необходимую величину зерна. Особое значение выбор нижней границы имеет для легированных сталей и сплавов, не имеющих фазовых и аллотропических превращений, например для аустенитных и ферритных сталей. Конечные свойства этих сталей определяются в основном нижней границей температурного интервала (поскольку они не подвергаются термической обработке).

">Температурный интервал горячей обработки давлением 1150 - 850, охлаждение на воздухе; штам-пуемость хорошая; допускается глубокая вытяжка. В термически обработанном состоянии стали отличаются высокой пластичностью. Температурный интервал горячей обработки 1180 - 900 С, охлаждение замедленное. Хорошо штампуется и сваривается всеми видами сварки.

"> Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 470 - 350 С; медный сплав БрАЖМц 900 - 750 С; титановый сплав ВТ8 1100 - 900 С. Для углеродистых сталей температурный интервал нагрева можно определить по диаграмме состояния (см. разд. Например, для стали 45 температурный интервал 1200 - 750 С, а для стали У10 1100 - 850 С.

">29.Свободная ковка

">Заготовки, получаемые св. ковкой и штамповкой – паковки.

">Св.к. предназначается для изготовления поковок " xml:lang="en-US" lang="en-US">m ">= 0.3кг-10т.

">В условиях индивид. и мелкосер. Производства точность регламентируется стандартом ГОСТ 7505-89

">Применяют оборудование: паровоздушные молоты одинарного и двойного действия, пневматические молоты.

">Ковка – горячая деф-ция, поэтому исп-ся все стали и отливки.

">Шер-ть пов-ти " xml:lang="en-US" lang="en-US">Rz ">=320-160

">Применение подплодных штампов " xml:lang="en-US" lang="en-US">Rz ">=80, коэф-т валовой точности 0,4-0,5, что приведет к значит-у " xml:lang="en-US" lang="en-US">V "> мех-кой обработки.

">“+”1. Воз-ть получения кач-ва металла с мех-кими св-ми (особ. пластичностью);2. Возм-ть получения крупногабаритных заг-к;

">3. Оборудование меньшей мощности.“-” 1. Низкая произ-ть;2. Значительная трудоемкость;3. Большие припуски, напуски и допуски, что составляет значит. Потерю металла при мех. обр-ке. ">Тех. Процесс получения паковок включает в себя следующие операции: ">1. Подготовительные операции (подготовка слитков к ковке или пруткаразделка на мерные заг-ки)2. Ковочные или штамповочные операции. Все тех. операции ведущие к изменению формы заг-ки3. Завершающие тех. Опер. Обработка заусенца, прошивка и пробивка отверстия.4. Отделочные. Правка очистка от окалины, калибровка, термообработка.

">30. Основные дефекты свободной ковки

">Виды и причины дефектов

">Поковки, изготовленные с отступлением от технических условий и требующие дополнительных работ для устранения выявленных в них пороков, называются дефектными.

">Главными причинами дефектов поковок являются: "> недоброкачественный исходный металл слитка или заготовки; неправильные режимы нагрева слитка или заготовки; неправильные приемы ковки; несоблюдение режима охлаждения поковки после ковки; работа неисправным инструментом.

">Основными дефектами поковок являются наружные трещины или рванины, волосовины, внутренние разрывы или свищи и расслоения, нажимы и складки, вмятины, флокены, неметаллические включения и следы усадочной рыхлости.

">Причиной появления трещин в поковках могут быть: недоброкачественный исходный материал заготовки или слитка; ковка при низких температурах; неравномерное охлаждение поковки; применение неправильных приемов и весьма больших обжатий при ковке. Трещины, обнаруженные при ковке, удаляют в горячем состоянии вырубкой при помощи специальных топоров, а в холодном состоянии — зачисткой абразивными кругами, вырубкой пневматическими зубилами и другими способами.

">Волосовин ">ы представляют собой очень тонкие и мелкие (видимые после травления невооруженным глазом) трещины, которые могут образоваться в процессе ковки или прокатки слитков, имеющих мелкие газовые подкорковые пузыри, и от слишком быстрого охлаждения поковок. Волосовины часто наследуются от проката.

">Рванины "> появляются: в процессе первого обжатия слитка во время ковки при низких температурах; при неправильном нагреве заготовки (пережог металла).

">Свищи (пустоты или скворешники) получаются в осевой зоне при неправильных приемах ковки круглых поковок под плоскими бойками, когда ведут протяжку с небольшими обжатиями с круга на круг без перехода на квадратное сечение с последующей сбивкой углов.

">Нажимы "> (рисунке — показана последовательность образования) появляются во время протяжки в результате малой подачи при глубоких обжимах заготовки или от ковки на неисправных бойках. Во время осадки складки получаются от уступчатой поверхности заготовки, появившейся в результате недоброкачественной протяжки заготовки перед ее осадкой.

">Вмятины возникают при небрежной очистке заготовки и бойков от окалины, которая в процессе формообразования заковывается в тело поковки.

">Флокены "> — внутренние трещинки, возникающие от выделения водорода, поглощенного жидкой сталью во время выплавки. Флокены образуются в результате быстрого охлаждения поковки после ковки и в тем большей степени, чем больше сечение поковки.

">Неметаллические включения (шлаки, песок) и следы усадочной рыхлости в поковках выявляются обычно при механической обработке. Если прибыльная часть в процессе ковки удалена неполностью, то остатки усадочной раковины в виде рыхлости раскрываются при ковке.

">К неисправимым дефектам поковок относятся: глубокие продольные и поперечные трещины, рванины, рыхлость и неметаллические включения, пережог. Поковки с неисправимыми дефектами являются негодными и их бракуют.

">К исправимым дефектам поковок относят: малые трещины, перегрев металла, нажимы и складки, если они не входят в контур детали. Мелкие трещины вырубают в холодном состоянии пневматическими зубилами и в процессе ковки «на горячо» специальными топорами. Нажимы и складки, если они не входят в контур детали, удаляют зачисткой на наждачном круге или вырубкой. Для улучшения механических свойств металла в целях устранения влияния перегрева и снижения внутренних напряжений поковки подвергают первичной термической обработке — отжигу, нормализации и улучшению

Заказать написание уникльной работы

Основы технологий в машиностроении

В машиностроении следует выделить три основные технологические стадии:

Производство заготовок осуществляется двумя методами:

Метод пластической деформации;

Метод литья.

Изготовление заготовок методами пластической деформации. Для получения деталей применяют различные заготовки. Металлические заготовки изготавливают литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами.

Методами пластической деформации получают заготовки из стали, цветных металлов и их сплавов, а также пластмасс, резины, многих керамических материалов и др. Широкое распространение методов пластической деформации обусловливается их высокой производительностью и высоким качеством изготавливаемых изделий.

Важной задачей технологии явля­ется получение заготовок, максимально приближавшихся по форме и размерам к готовым деталям. Заготовки, получаемые методами пластической деформации, имеют минимальные припуски на механическую обработку, а иногда и не требуют ее вовсе. Структура металлической заготовки и ее механичес­кие свойства после пластической деформации улучшаются.

Обработка металлов давлением основана на пластической деформации. Этим методом изготавливают заготовки и изделия массой от нескольких граммов до сотен тонн из металлов и сплавов. Обработка металлов давлением включает: прокатку, ковку, штамповку, прессование и волочение. Это один из прогрессивных и распространенных методов получения заго­товок деталей машин.

Обработка металлов давлением основана на плас­тичности обрабатываемого материала. Пластичность - это способность материала изменять свою форму необратимо и не разрушаясь под действием внешних сил. При обработке давле­нием изменяется форма заготовки без изменения ее массы. Об­работке давлением можно подвергать только те материалы, которые обладают пластичностью в холодном или нагретом со­стоянии. Например, чугун обрабатывать давлением нельзя. Пластичность сплавов зависит от их состава, температуры де­формирования (чем выше температура, тем больше пластич­ность; однако температура деформирования не должна пре­вышать значения 0,4 Тпл), степени деформирования (с повыше­нием степени деформирования пластичность уменьшается).

Пластическая деформация твердых тел происходит в ре­зультате смещения атомов по кристаллографическим плоскостям, в которых расположено наибольшее количество атомов. В результате искажения кристаллической решетки - наклепа при деформации в холодном состоянии - свойства кристалла изменяются: увеличивается твердость, прочность, хрупкость; уменьшается пластичность, вязкость, коррозийная стойкость, электропроводность. Для восстановления пластических свойств, устранения наклепа производят раскристаллизационный отжиг, после которого материал приобретает прежние свой­ства. При этом материал из неустойчивого состояния наклепа постепенно переходит в устойчивое, равновесное состояние.

Прокатка является наиболее распространенным методом обработки давлением. Прокатке подвергают около 90% всей вы­плавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Суть прокатки состоит в пластическом деформировании заготов­ки между вращающимися валками прокатного стана.

Прокатанный металл используют непосредственно в кон­струкциях машин, механизмов оборудования, из него изго­тавливают металлические конструкции мостов, ферм, станины, клепаные и сварные изделия, железобетонные кон­струкции и др.; он же служит заготовкой для механических цехов, а также для последующей ковки и штамповки.

Геометрическая форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем, совокупность профилей разных размеров - сортаментом. Сортамент прокатанной продукции отличается огромным разнообразием и делится на пять групп:

1. Сортовой прокат, который подразделяется на две под­группы:

а) профили простой геометрической формы (прямо­угольник, квадрат, круг и др.);

б) профили сложной фасонной геометрической формы (швеллер, рельс, двутавровая балка и др.).

2. Листовой прокат, который также подразделяется на две подгруппы:

а) тонколистовой (для стали толщиной 0,2 - 4 мм; для цветных металлов - 0,05 - 2 мм);

б) толстолистовой (4 - 60 мм для стали и до 25 мм для цветных металлов). Лис­товой прокат толщиной менее 0,2 мм называется фольгой.

3. Трубный прокат разделяется на:

а) бесшовные трубы (для стали диаметром 30 - 650 мм);

б) сварные трубы (для стали диаметром 10 -1420 мм).

4. Периодический прокат. Профили этой группы проката представляют собой заготовку, геометрическая форма и площадь поперечного сечения которой периодически изменяется по ее длине. Периодический прокат применяется как заготовка для последующей штамповки.

5. Специальный прокат. Сюда относятся колеса, кольца, бандажи, шарики для шарикоподшипников и другая продук­ция законченной формы.

К основным технико-экономическим показателям прокат­ного производства относятся: расход металла на 1 т готовой продукции; часовая производительность прокатного стана; скорость прокатки; общая мощность главных приводов (кВт); выпуск продукции на единицу мощности главных приводов; выход годного проката (%); расход топлива на 1 т годного проката (тыс.кал.), энергии (кВт× ч); качество вы­пускаемой продукции; себестоимость продукции по видам сортамента; производительность труда. Эти технико-экономические показатели характеризуют наличие и использование орудий труда - главной по своему значению и удельному весу части основных фондов предприятия. Расход металла на 1 т продукции рассчитывается по формуле:

где а, b и c - потери металла при прокатке соответственно на угар, обрезы и брак, т;

G - вес готового проката, т;

K р -расходный коэффициент, характеризующий количество металла, израсходованного на 1 т годного проката.

Скорость прокатки можно определить по формуле:

где Д - диаметр валков, мм;

n - число оборотов валков в минуту.

Часовая производительность прокатного стана Р:

где 3600 - число секунд в 1 ч;

Т - период прокатки, с;

В - масса слитков, т.

В структуре себестоимости продукции прокатного произ­водства около 90% составляют затраты на металл. Из этого можно сделать вывод, что наиболее эффективными фактора­ми снижения себестоимости продукции в прокатном произ­водстве являются: снижение потерь металла по переделам; производство проката с минусовыми отклонениями; сниже­ние брака; вторичное использование отходов.

К широко распространенным методам обработки металлов давлением относятся ковка и объемная штамповка. Это способы изготовления изделий, называемых поковками. Ковка - единственно возможный способ изготовления круп­ных изделий весом более 250 т типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и т.п.

Ковку называют "свобод­ной", потому что металл, пластически деформируясь под дей­ствием бойков молота или пресса, перемещается свободно в том направлении, где испытывает наименьшее сопротивле­ние.

Специальные формы при ковке не применяют. Заготов­ка, которой является слиток, профильный или периоди­ческий прокат, помещается на плиту (наковальню). Чередо­вание в определенной последовательности основных и вспо­могательных операций составляет процесс свободной ковки. К операциям свободной ковки относятся: осадка, прошивка, протяжка, гибка, рубка, скручивание и др.

При получении изделий методом объемной штамповки применяют специальную оснастку - штампы. Штампы - это металлическая пресс-форма, имеющая полость, размеры и конфигурация которой соответствуют размерам и конфигура­ции будущей детали.

Объемная штамповка имеет ряд преиму­ществ по сравнению с ковкой. Объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации, более высокой точности размеров и качества поверхности. Припуск на меха­ническую обработку значительно (в 3 - 4 раза) ниже, чем при ковке, а, следовательно, меньше потери металла в стружку и меньше объем последующей обработки. Кроме того, штамповка во много раз производительнее ковки. Поэтому объемную штамповку экономически целесообразнее применять в серийном и массовом производстве.

Максимальный вес поковок, получаемых объемной штамповкой, составляет 3 т. Объемной штамповкой производят заготовки ответствен­ных деталей автомобилей, тракторов, самолетов, станков т.п.

Кроме объемной штамповки, существует листовая. Исходной заготовкой при листовой штамповке служит листовой прокат. Для изготовления деталей из тонколистового проката применяют холодную штамповку, при толстолистовой исходной заготовке (более 10 мм толщиной) - горячую.

Листовой штамповкой получают широкую номенклатуру деталей типа шайб, колец, чашек, скоб, втулок, элементов крепления, облицовки автомобиля и т.д. из малоуглеродистой, нержавеющей и других сталей; а также из сплавов на основе меди, алюминия, магния и др. К операциям листовой штамповки относятся: отрезка, вырубка по контуру, пробивка отверстий, гибка, вытяжка, обжим, отбортовка и др.

Достоинствами листовой штамповки являются: высокая производительность (30 000 - 40 000 деталей в смену с одного штампа), высокие точность размеров и качество поверх­ности получаемых деталей, широкие возможности автоматизации технологического процесса.

К обработке металлов давлением относится также процесс волочения. Волочением называют процесс пластического формирования заготовки путем ее протягивания через отверстие волоки или волочильной доски волочильного стана. В результате обрабатываемая заготовка приобретает сечение, размеры и форма которого соответствует размерам и форме этого отверстия.

Исходной заготовкой для волочения служит катаный и прессованный металл. Волочение - это холодный вид обработки давлением, в процессе которого заготовка упрочняется. Для снятия наклепа проводят раскристаллизационный отжиг. Волочением получают проволоку диаметром от до 0,001 мм, прутки различного профиля.

Технологические процессы получения заготовок методами литья . Литье является одним из важнейших и распространенны способов изготовления заготовок и деталей машин. Литье получают заготовки различной конфигурации, размеров массы из различных металлов и сплавов - чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых и др. сплавов.

Литье - это наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ получения изделий.

Процесс литья заключается в том, что расплавленный ме­талл заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответст­вует форме и размерам будущей заготовки. После охлаждения и затвердевания заготовка (или деталь) извлекается из формы. Продукция литейного производства называется отливкой.

Литейные формы могут быть разовыми (для изготовления одной отливки) и постоянными (многократного применения).

Для получения качественных отливок литейные сплавы должны обладать определенными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, малой ликвацией (неоднородность химического состава сплава и структуры по толщине отливки).

В зависимости от того, в какую форму (постоянную или разовую) заливается металл и каким способом происходит заливка, существует тот или иной метод литья. В настоящее время до 60% чугунных и стальных отливок получают мето­дом литья в песчано-глинистые формы. Для получения отли­вок высокой точности размеров, хорошего качества повер­хности и лучшей структуры металла применяют специальные методы литья (в кокиль, под давлением, центробежным спо­собом, по выплавляемым моделям и др.).

Технологический процесс получения отливок в песчано-глинистых разовых формах включает ряд продолжительных операций, связанных с приготовлением формовочных и стержневых смесей, изготовлением модельной оснастки, стержней, сушки их, формовки и т.д. Несмотря на то, что в настоящее время трудоемкие операции этого метода механи­зированы и автоматизированы, он все же остается сравни­тельно низкопроизводительным и трудоемким методом литья. Поэтому литье в песчано-глинистые формы применяют в ос­новном, в единичном и опытном производстве, а также в тех случаях, когда изделие другими способами получить невоз­можно или трудно.

На предприятиях, производящих отливки в массовом количестве, созданы автоматические и полуавто­матические поточные линии. Недостатком литья в песчано-глинистые формы является также низкая точность размеров и плохое качество поверхности отливок, что вызывает необ­ходимость обязательной последующей механической обработ­ки. А это ведет к потерям металла в стружку и удлиняет технологический цикл изготовления изделия.

Литье в кокиль - один из распространенных способов по­лучения отливок в металлических постоянных формах. Кокиль изготавливают из чугуна, стали, алюминия. По конс­трукции кокили бывают неразъемные и разъемные.

Наибольшее распространение получили разъемные кокили, состоящие из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема. Для повышения производительности труда при литье в кокиль применяют многопозиционные машины карусельного типа, на определенной позиции которых последовательно выполняется одна из операций.

Преимуществами литья в кокиль по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы являются: более высокая точность размеров и качество поверхности отливок; лучшие механические свойства, что связано с повышенной скоростью ох­лаждения отливки и получением более тонкой структуры; более высокая производительность.

Литье под давлением - высокопроизводительный метод получения отливок высокой точности размеров из сплавов цветных металлов (алюминиевых, цинковых, медных, магниевых). Суть метода состоит в заполнении металлической пресс-формы расплавленным металлом под давлением поршня.

Отливки получают на машинах литья под давлением полуавтоматах. Применяют поршневые машины с горячей холодной (горизонтальной или вертикальной) камерой прессования. Поршневые машины с горячей камерой прессований применяют для изготовления небольших отливок из магниевых и цинковых сплавов. Машины с холодной камерой прессования используют в основном для отливки корпусных деталей из алюминиевых и медных сплавов.

Центробежное литье - производительный метод изготовления отливок, имеющих поверхности тел вращения, с цент­ральным отверстием - труб, втулок и др., а также деталей фасонного литья.

Сущность метода заключается в заполнении расплавленным металлом вращающейся формы. Под действием центробежных сил жидкий металл отбрасывается к стен­кам формы и затвердевает. В результате получается плотная структура отливки без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки, и удлиняются при дальнейшей механической обработке.

Отливки из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов изготавливают центробежным способом на машинах центробежного литья с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Фасонное литье малой высоты получают на машинах с вертикальной осью вращения. На машинах с горизонтально осью вращения изготавливают чугунные и стальные трубы, втулки и другие детали с отверстием.

Достоинствами центро­бежного литья являются: высокие производительность, эко­номичность (не требуется затрат на приготовление формо­вочной смеси, изготовление стержней и др.) и качество полу­чаемых отливок.

Литье по выплавляемым моделям применяется для полу­чения отливок высокой точности размеров и качества поверх­ности из любых литейных сплавов. С его помощью можно получать изделия сложной конфигурации с тонкими сечениями. Однако технологический процесс данного метода литья отличается высокой трудоемкостью и высокой стоимостью применяемых материалов. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям включает следующие операции:

Изго­товление модели - эталона отливки из легкообрабатываемо­го сплава (алюминиевого);

Изготовление пресс-формы по ме­таллическому эталону, в которой прессуют модель из легко­плавких материалов (парафина, стеарина, полистирола, вос­ка и др);

Изготовление оболочки путем многократного нане­сения на модель огнеупорного состава - керамической сус­пензии с кварцевым песком с последующим просушиванием (обработка горячим воздухом)при температуре 150 - 200 °С для удаления легкоплавкой модели;

Прокаливание получен­ной литейной формы в печи при 800-850 °С; заливка фор­мы.

Очистку отливки от остатков керамического покрытия производят выщелачиванием с последующей ее промывкой в горячей воде. Высокая стоимость отливок, полученных этим методом, позволяет применять этот способ лишь для изго­товления изделий особо сложной конфигурации из труднооб­рабатываемых и тугоплавких материалов в массовом или крупносерийном производстве.

Оболочковое литье применяют в массовом и крупносерий­ном производстве для изготовления фасонных отливок из стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов.

Сущность ме­тода состоит в том, что на поверхность предварительно нагретой до 200°С металлической модели, прикрепленной к подмодельной плите, насыпают формовочную смесь (кварцевый песок и 6 - 7% бакелитовой синтетической смолы), затем все вместе прокаливают при температуре 300 °С в течение 1 - 2 мин. Смола расплавляется и необратимо затвердевает, обра­зуя песчано-смоляную оболочку толщиной 5 - 8 мм.

Оболоч­ковые полуформы собирают, скрепляют и заливают жидким металлом. Изготавливают эти полуформы на одно-, двух и четырехпозиционных машинах с полуавтоматическим или стоматическим управлением.

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность размеров отливки, малую ше­роховатость поверхности, высококачественную структуру металла. Для выбора метода литья при получении заготовок необходимо учитывать все факторы, влияющие на технико-экономические показатели процесса.

Обработка заготовок осуществляется преимущественно механическим способом и независимо от ее вида заключается в снятии лишнего слоя металла с обрабатываемой поверхности.

Обработка резанием . Технологический процесс обработки конструкционных материалов резанием состоит в снятии с заготовки слоя металла (припуска на механическую обработку) режущим инструментом для придания ей (заготовке) требуемых точности размеров и качества поверхности. В качестве конструкционных материалов широко применяются стали, сплавы цветных металлов, пластмассы, керамика, композиционные материа­лы, резина, древесина, стекло и др.

Обработка заготовок деталей машин резанием ведется в механических цехах машиностроительных заводов. Заготов­ками для механических цехов являются: прокат (круглый, квадратный, полосовой и др.), поковки, штамповки и отлив­ки.

Выбор заготовки зависит от материала, размеров и формы детали, условий ее работы, типа производства. При проектировании машины конструктор определяет вид наибо­лее рациональной заготовки, максимально приближенной по форме и размерам к готовой детали, так как величина припуска на последующую механическую обработку влияет на трудовые и финансовые затраты при изготовлении детали в целом. Снижение величины припуска на механическую обработку - один из важнейших факторов повышения произво­дительности труда в машиностроении.

Среди главных пока­зателей качества детали в машиностроении - точность размеров ее и шероховатость поверхности, поскольку эти показатели существенно влияют на характер динамических про­цессов в машине и ее механизмах, особенно если машина работает на повышенных скоростях, при высоких рабочих нагрузках, температурах и т.п. От точности обработки качества поверхности деталей зависят надежность и долго­вечность изделия.

Точность обработки деталей - это степень соответствия формы, размеров и положения обработанной поверхности требованиям чертежа и технических условий.

Качество поверхности деталей определяется совокупнос­тью микронеровностей на поверхности деталей, а также фи­зико-химическими свойствами поверхностного слоя детали.

Основными методами обработки материалов резанием явля­ются: точение, строгание, сверление, фрезерование и шлифо­вание.

Сначала заготовку закрепляют определенным образом на станке. Затем к ней подводят режущий инструмент (резец, сверло, фрезу, шлифовальный круг и пр.), который с заготов­ки снимает слой материала - припуск. Причем, каким бы ин­струментом ни производилось резание, сущность процесса остается неизменной, изменяются лишь условия обработки.

Сущность процесса резания заключается в возникновении под действием режущего инструмента упруго-пластических деформаций, в результате которых срезаемый пластически деформированный слой металла отделяется в виде стружки.

Таким образом, для осуществления процесса резания не­обходимо наличие относительных движений между инстру­ментом и заготовкой, которые называются движениями реза­ния. Процесс обработки деталей резанием характеризуется элементами режима резания, основными из которых являют­ся скорость резания, подача и глубина резания.

Элементами режима резания для токарной обработки служат: скорость резания V - путь, пройденный обрабатываемой поверхностью заготовки в единицу времени:

(м/мин),

где D - диаметр заготовки, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту.

Подача - путь, пройденный режущим лезвием резца от­носительно обрабатываемой поверхности заготовки за один ее оборот S , мм/об.

Глубина резания - толщина срезаемого слоя металла с обра­батываемой поверхности заготовки за один проход резца, мм:

где D -диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

d - диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Время, в течение которого происходит снятие припуска на механическую обработку, называется машинным или основным временем Тм:

где L - путь инструмента в направлении подачи, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту;

S - величина припуска на механи­ческую обработку, мм;

t - глубина резания, мм;

h - припуск на механическую обработку, мм.

Сокращение машинного времени в результате уменьшения величин L, h или увеличения параметров процесса резания п,S,t является важным фактором повышения производительности труда.

Время, необходимое на обработку одной заготовки Тшт (штучное время):

где Т м - машинное время;

Т в - вспомогательное время, необходимое для установки и снятия заготовки, подвода и отвода ин­струмента и т.п.;

Т об - время обслуживания оборудования рабочего места, поддержания инструмента и приспособлений в рабочем состоянии;

Т п - время перерывов на отдых рабочего, отнесенное к одной заготовке.

Снижение Т м и Т щт ведет к повышению производительности труда.

Точение - процесс обработки металлов резанием наружных, внутренних и торцовых поверхностей тел вращения ци­линдрической, конической, сферической и фасонной форм, а также процесс нарезания наружной резьбы на заготовках, растачивание отверстий.

Инструментом при точении служат токарные резцы. Разновидности точения следующие:

Черновое точение - обдирка, отрезка и подрезание торцов заготовки; получистовое точение;

Чистовое точение;

Тонкое точе­ние;

Растачивание.

Строгание - грубый низкопроизводительный вид обработки резанием с большой толщиной срезаемого слоя металла.

Этим методом обрабатывают в основном крупные тяжелые заготовки и производят строгание горизонтальных и наклонных плоскостей, фасонных и цилиндрических поверхностей шпоночных канавок. Инструмент - строгальные резцы.

Сверлением получают глухие и сквозные отверстия в сплошном материале, а также обрабатывают предварительно полученные отверстия для увеличения их размеров, повышения точ­ности и снижения шероховатости поверхности. Кроме того, производят нарезание резьбы в отверстиях. Инструментом при сверлении служат: сверла, зенкеры, развертки, метчики и др.

Фрезерование - высокопроизводительный метод обработ­ки резанием, осуществляемый многолезвийным инструментом, называемым фрезой. Фрезерование применяется как при гру­бой, так и при тонкой обработке. Этим методом обрабатывают горизонтальные плоскости заготовок, вертикальные плоскос­ти, комбинированные поверхности, уступы и прямоугольные пазы, фасонные пазы и фасонные поверхности.

Шлифование - это процесс обработки резанием поверх­ностей деталей абразивными инструментами. Удаление при­пуска с заготовки при шлифовании производится огромным множеством миниатюрных резцов - абразивных зерен, со­единенных связкой (шлифовальный круг) так, что между ними имеется пространство для размещения стружки.

Процесс шлифования характеризуется высокими скоростя­ми резания и малой толщиной срезаемого слоя металла. Каж­дое зерно шлифовального круга срезает очень тонкую струж­ку, но так как одновременно в работе участвует большое коли­чество зерен, а скорость резания велика, в единицу времени срезается большое количество металла.

В зоне резания выде­ляется большое количество теплоты, и мелкий частицы обраба­тываемого материала, сгорая, образуют пучок искр.

Шлифование - отделочный метод обработки, позволяю­щий достичь высокой точности размеров детали и низкой ше­роховатости обработанной поверхности. Во многих случаях шлифование является операцией, которую трудно заменить какой-либо другой обработкой.

Например, обработка зака­ленных сталей, чугунных отливок, зачистка проката, оконча­тельная обработка заготовок с минимальным припуском на механическую обработку без предварительной обработки лез­вийным инструментом осуществляется шлифованием.

Сборочное производство - завершающая стадия машиностроительного производства, в которой аккумулируются результаты всей предыдущей работы, проделанной конструкторами и технологами по созданию машин или механизмов.

От качества сборки зависят эксплуатационные показатели изделия, его надежность, работоспособность и долговечность. В ряде случаев сборка является наиболее трудоемким процессом: для многих машин, приборов, аппаратов трудоемкость сборки составляет от 40 до 60% общей трудоемкости изготовления. Технологический процесс сборки заключается в координировании и последующем соединении деталей в сборочные единицы, механизмы, машины в целом в соответствии с техническими требованиями.

Деталь является простейшей сборочной единицей. Характерным признаком детали служит отсутствие каких-либо соединений: деталь изготавливается из единого однородного куска материала. Две или несколько деталей, соединенные между собой каким-либо способом, образуют узел .

Узел, входящий непосредственно в изделие, называется группой. Узел, входящий в группу, называется подгруппой первого порядка, а входящий в подгруппу первого порядка -подгруппой второго порядка и т.д. Изделие в зависимости от его сложности может быть расчленено на большее или меньшее число сборочных единиц.

Исходными данными для проектирования технологического процесса сборки являются следующие документы:

Сборочные чертежи изделия со спецификацией поступающих на сборку сборочных единиц и деталей;

Технические условия на приемку и испытания изделий;

Производственная программа.

Все операции технологического процесса сборки подразделяются на:

Подготовительные - связанные с расконсервированием деталей, их зачисткой, подачей к месту сборки;

Собственно сборочные операции - координирование деталей относительно друг друга, соприкосновение их базовыми плоскостями, соединение в узлы, группы, механизмы, изделия;

Вспомогательные операции - подгонка, регулировка;

Контроль и испытания.

Сборочные работы производятся на сборочных участках и в сборочных цехах заводов. Особенности изготавливаемых изделий, трудоемкость, длительность производственного цикла, объем производства являются определяющими факторами организации технологического процесса сборки. В единичном и мелкосерийном производстве сборка осуществляется в сборочных цехах, сборочных участках; в массовом производстве - на поточных или конвейерных линиях. Для сборки в массовом производстве характерна полная взаимозаменяемость, отсутствие доделочных работ и подбора деталей, что создает условия для автоматизации сборки и повышения ее производительности.

Основными видами сборки являются: стационарная сборка и подвижная сборка.

При стационарной сборке изделие неподвижно, а бригады сборщиков переходят от одного изделия к другому и совершают сборочные операции. Все детали и узлы в соответствии со сборочным комплектом подаются к рабочему месту. При подвижной сборке изделия принудительно перемещаются от одного поста к другому, на каждом из которых выполняется определенная сборочная операция. Перемещение изделия может быть непрерывным или периодическим. При непрерывном перемещении изделия сборщик выполняет операцию в процессе движения конвейера, скорость которого должна обеспечить выполнение сборочной операции на данном рабочем месте и соответствовать такту сборки (выпуска): t в = t 0 . При периодическом перемещении сборочная операция выполняется во время остановки конвейера. Продолжительность остановки tр должна соответствовать времени выполнения сборочной операции. Такт сборки в этом случае: t B = t p + t n , где tп – время перемещения изделия от одного рабочего места к другому.

С точки зрения организационных форм сборка подразделяется на концентрированную и дифференцированную.

При сборке по принципу концентрации операции весь технологический процесс сборки изделия выполняется одним сборщиком или одной бригадой сборщиков. Это низкопроизводительный процесс сборки, требующий высокой квалификации сборщика, большого количества сложного инструмента, приспособлений. Он применяется в единичном и опытном производстве, при сборке уникальных изделий.

Дифференцированная сборка подразделяется на общую и узловую. При сборке по принципу дифференцирования операций сборку узла или машины производят на нескольких рабочих местах, к которым подаются сборочные единицы. Подвижная дифференцированная сборка применяется в серийном и массовом производстве.

Для оценки технико-экономической эффективности процесса сборки служат следующие показатели:

1. Производительность рабочего места - количество узлов или изделий, собираемых за 1 ч:

где t сб - норма времени на выполнение сборочной операции.

2. Сумма затрат на выполнение процесса сборки узла или изделия (цеховая себестоимость С сб ):

где С о - затраты, связанные с выполнением одной операции;

m - число сборочных операций.

Затраты на выполнение одной операции включают:

Основную заработную плату сборщиков за выполнение данной операции;

Отчисления на амортизацию оборудования, приспособлений, инструмента, отнесенных к одной операции;

Цеховые накладные расходы, также отнесенные к одной операции.

3. Коэффициент трудоемкости сборки - К сб , который равен отношению трудоемкости сборки t сб к трудоемкости изготовления деталей, входящих в данное изделие t изг :

где t c6 - время, затрачиваемое на сборку узла или изделия;

t изд - время, затрачиваемое на изготовление деталей для этого узла или изделия по всем видам обработки, начиная с заготовки.

Чем ниже этот показатель, тем совершеннее сборочный процесс. У наиболее эффективных сборочных процессов К сб ≤ 0,2.

Технико-экономический анализ различных методов сборки позволяет выбрать наиболее эффективный в экономическом отношении вариант технологического процесса. Эффективность выполнения сборочных операций, качество изделий и их себестоимость во многом зависят от конструктивных особенностей собираемого изделия и степени автоматизации технологического процесса сборки. Упрощение конструкции изделия при сокращении его функционального значения, использование универсальных самопереналаживающихся автоматических сборочных машин с адаптивной технологической оснасткой для подачи, базирования и выверки относительного положения различных соединяемых деталей перед их сборкой в изделие являются основными путями совершенствования сборочных процессов.

Лекция 1-2. «Введение. Цели и задачи заготовительного производства. Типы и формы производства, методы организации его подготовки. Производственный и технологический процессы».

Уровень развития машиностроения - один из самых значимых факторов технического прогресса, так как коренные преобразова­ния в любой сфере производства возможны лишь в результате создания более совершенных машин и разработки принципиально новых технологий. Развитие и совершенствование технологии про­изводства сегодня тесно связаны с автоматизацией, созданием робототехнических комплексов, широким использованием вычисли­тельной техники, применением оборудования с числовым программ­ным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные производства, становятся возможными опти­мизация технологических процессов, создание гибких автоматизи­рованных комплексов.

Изготовление заготовок - один из основных этапов машино­строительного производства, непосредственно влияющий на расход материалов, качество изделий, трудоемкость их изготовления и себестоимость. Разрабатывая технологию изготовления машин и приборов, обеспечивая на практике их высокое качество и надеж­ность с учетом экономических показателей, инженер-технолог дол­жен хорошо владеть методами проектирования и производства за­готовок.

Производство машин, приборов, аппаратов и других изделий машиностроения состоит из таких этапов: а) получение заготовок; б) обработка заготовок; в) сборка сборочных единиц; г) общая сборка изделий; д) контроль, регулировка и испытание изделий; е) комплектация и упаковка изделий.

Изготовление машин всегда начинается с производства заготовок. Заготовки, в зависимости от их вида и типа производства, получают в заготовительных цехах - литейных, кузнечных, штам­повочных и др.

Основное назначение заготовительного производства состоит в обеспечении механических цехов высококачественными заготов­ками.

В машиностроении используют заготовки, получаемые литьем, обработкой давлением, сваркой, а также из пластмасс и порошко­вых материалов. Современное заготовительное производство располагает возможностью формировать заготовки самой сложной конфигурации и самых различных размеров и точности. В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных ра­бот в машиностроении составляет 40...45 % общей трудоемкости производства машин. Главная тенденция в развитии заготовитель­ного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точ­ности их формы и размеров.

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

ТИПЫ И ФОРМЫ ПРОИЗВОДСТВА И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЕГО ПОДГОТОВКИ

ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА

В машиностроительном производстве различают три основных типа: массовое, серийное и единичное. Принадлежность производ­ства к тому или иному типу определяется степенью специализации рабочих мест, номенклатурой объектов производства, формой дви­жения этих объектов по рабочим местам.

Степень специализации рабочих мест характеризуется коэффи­циентом закрепления операций, под которым понимают количество различных операций, выполняемых на одном рабочем месте в те­чение месяца:

К з.о = О/Р, (1.1)

где О - число различных операций, выполняемых на рабочих мес­тах участка или цеха в течение месяца; Р - количество рабочих мест на участке или в цехе.

Если за рабочим местом, независимо от его загрузки, закреплена только одна операция, то К з. о = 1, что соответствует массовому производству. При 1 < К з . о < 10 производство является крупно­серийным, при 10 < К з . о < 20 - среднесерийным, при 20 < < К з.о < 40 - мелкосерийным, при К з . о > 40 - единичным.

Пример. На участке из 15 рабочих мест в течение месяца на 1, 2, 3, 7, 10, и 13-м рабочих местах выполнялось по одной операции; на 4, 5 и 12-м - по две; на 6, 8, 9 и 11-м - по три и на 14-м и 15-м - по четыре. Отсюда

К 3 . 0 = =2,1.

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

Массовое производство характеризуется непрерывным изготов­лением ограниченной номенклатуры изделий на узкоспециализиро­ванных рабочих местах. Изделие - это продукт конечной ста­дии производства. Массовое производство позволяет механизиро­вать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.

Технические характеристики различных типов производства заготовок

Характерный признак	Производство
	единичное	серийное	массовое
Повторяемость партий (серий) Технологиче­ское оборудо­вание	Отсутствует Универсальное	Периодическая Универсальное, частично специ­ализированное и специальное	Непрерывный выпуск од­них и тех же заготовок Широкое использование специального оборудо­вания и автоматических линий
Приспособления	Преимущест­венно уни­версальные	Специальные, переналаживаемые	Специальные, часто ор­ганически связанные с оборудованием
Инструмент	Преимущест­венно универ­сальный	Универсальный и специальный	Преимущественно специ­альный
Квалификация рабочих		Различная	Низкая (при наличии высококвалифицирован­ных наладчиков)
Себестоимость готовой дета­ли			Самая низкая

Серийное производство характеризуется изготовлением ограни­ченной номенклатуры изделий партиями (сериями), повторяющи­мися через определенные промежутки времени, и широкой специа­лизацией рабочих мест. Разделение серийного производства на крупно-, средне- и мелкосерийное условно, т. к. в различных отрас­лях машиностроения при одном и том же количестве выпускаемых изделий в серии, но при существенном различии их размеров, слож­ности и трудоемкости производство может быть отнесено к разным типам. По уровню механизации и автоматизации крупносерийное производство приближается к массовому, а мелкосерийное - к единичному.

Единичное производство отличается изготовлением в единичных количествах широкой номенклатуры неповторяющихся или повто­ряющихся через неопределенные промежутки времени изделий на рабочих местах, не имеющих определенной специализации (кроме профессиональной). В единичном производстве значительный про­цент технологических операций выполняют вручную.

Технические характеристики различных типов производств за­готовок по основным признакам представлены в табл. 1.1. Повы­шение степени специализации рабочих мест, непрерывное и прямо­точное движение по ним объектов производства, т. е. переход от единичного к серийному и от серийного к массовому производству,позволяет шире применять специальное оборудование и технологи­ческое оснащение, прогрессивные технологические процессы, пере­довые методы организации труда и в конечном итоге - повышать производительность труда, снижать себестоимость продукции, по­вышать ее качество.

Согласно ГОСТ 14.004-83 совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном производстве для изготовления или ремонта выпускаемых изделий, называется про­изводственным процессом. При осуществлении производственного процесса материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, соответствующую своему служебному назначению. Производственный процесс охватывает: подготовку средств про­изводства и обслуживание рабочих мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления деталей машин; транспортировку материалов, заготовок, деталей, частей и готовых изделий, сборку частей и изделий; технический контроль, испытания и аттестацию продукции на всех стадиях производства; разборку сборочных единиц и изделий (при необходимости); изго­товление тары; упаковку готовой продукции и другие действия, связанные с изготовлением выпускаемых изделий. Производствен­ный процесс осуществляется в пространстве и времени при взаимо­действии объектов производства с орудиями производства.

Территория, необходимая для осуществления производственного процесса, называется производственной площадью. Календарное время, необходимое для осуществления периодически повторяю­щегося производственного процесса, называется производственным циклом.

По ГОСТ 3.1109-82 часть производственного процесса, содер­жащая целенаправленные действия по изменению состояния пред­мета труда, называется технологическим процессом. При осущест­влении технологического процесса происходит последовательное изменение формы, размеров, свойств материала или полуфабри­ката в целях получения изделия, соответствующего заданным тех­ническим требованиям. Технологический процесс имеет свою струк­туру и осуществляется на рабочих местах.

Технологическая операция - законченная часть технологическо­го процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватываю­щая все последовательные действия рабочего (или группы рабо­чих) и оборудования по изготовлению заготовки или ее обработке (одной или нескольких одновременно). Часть производственной площади цеха, на которой размещены один или несколько исполни­телей работы и обслуживаемая ими единица оборудования иличасть конвейера, а также оснастка и предметы производства, на­зывается рабочим местом. Современное производство изделий ма­шиностроения немыслимо без технологического оборудования иоснастки.

Технологическое оборудование - это орудия производства, в ко­торых для выполнения определенной части технологического про­цесса размещаются материалы или заготовки, средства воздейст­вия на них и источники энергии. Примером технологического оборудования являются литейные машины, прессы, станки, печи, гальванические ванны, моечные и сортировочные машины, испы­тательные стенды, разметочные плиты и т. д. Технологическая ос­настка - это орудия производства, используемые совместно с тех­нологическим оборудованием и добавляемые к ним для выполнения определенной части технологического процесса. Примерами техно­логической оснастки являются инструмент, штампы, приспособле­ния, пресс - формы, калибры, модели, литейные формы, стержневые ящики и т. д.

Запуск изделий в производство может осуществляться непре­рывно (в течение длительного времени) и разово (единичные экземпляры и партии). Группа заготовок одного наименования и типоразмера, запускаемая в производство одновременно или не­прерывно в течение определенного интервала времени, называется производственной партией. Технологические процессы в массовом и крупносерийном производствах характеризуются тактом выпуска. Такт выпуска - это интервал времени, через который периодически производится выпуск заготовки или изделия определенного наиме­нования, типоразмера и исполнения. Понятие «такт выпуска» ши­роко применяется при массовом и крупносерийном производстве заготовок, где имеет место высокий уровень механизации и авто­матизации производства (специальное оборудование, конвейеры и пр.). Если заготовка на данном предприятии является конечным продуктом производства (например, на сталелитейном заводе), то в этом случае она является изделием данного завода.

От правильной организации производственного процесса зави­сят результаты производственно-хозяйственной деятельности пред­приятия, экономические показатели его работы: себестоимость про­дукции, прибыль и рентабельность производства. Основным прин­ципом рациональной организации производственного процесса является специализация.

Специализация - одна из форм разделения труда, заключаю­щаяся в том, что предприятие в целом и его отдельные подразделения изготовляют продукцию ограниченной номенклатуры. Сокра­щение номенклатуры изготовляемой продукции на каждом рабочем месте, участке, в цехе и на заводе приводит к увеличению выпуска одноименной продукции, к улучшению экономических показателей за счет использования специального и более производительного оборудования, повышения степени механизации и автоматизации всех процессов, приобретения рабочими навыков в работе, улуч­шения организации труда, организации поточного производства и т. д. Уменьшению номенклатуры выпускаемой продукции спо­собствуют стандартизация, нормализация и унификация изделий и их составных частей.

Применительно к заготовительному производству принцип спе­циализации легко прослеживается на фоне различных типов про­изводства. Так, в условиях единичного производства в структуре машиностроительного завода чаще всего предусматривается один литейный цех, в котором в различных отделениях на разнообраз­ном оборудовании получают заготовки из чугуна, стали и цветных сплавов. В условиях серийного и массового производства в струк­туре завода могут быть отдельные самостоятельные цехи: стале­литейный, чугунолитейный, цветного литья. Большая концентра­ция производства однотипных заготовок приводит к созданию заводов, специализирующихся на выпуске заготовок из определен­ных материалов, определенной весовой категории, сложности и других признаков. Поэтому в нашей стране существуют заводы сталелитейные, чугунолитейные, кузнечно-штамповочные и пр. Для машиностроения США, например, характерно то обстоятельство, что еще в 50-х годах текущего столетия заготовительное производ­ство в основном отделилось от механосборочного. Соблюдение принципа специализации существенно влияет на формы и методы организации технологических процессов.

Формы и методы организации технологических процессов зави­сят от установленного порядка выполнения операций, расположе­ния технологического оборудования, количества изделий и направ­ления их движения при изготовлении. Существуют две формы ор­ганизации технологических процессов: групповая и поточная.

Основа групповой формы организации производства - группи­рование изготовляемых заготовок по однородным конструктивно-технологическим признакам. Она характеризуется единством средств технологического оснащения и специализацией рабочих мест.

Поточная форма характеризуется специализацией каждого ра­бочего места, согласованным и ритмичным выполнением всех опе­раций технологического процесса на основе такта выпуска, разме­щением рабочих мест в последовательности, соответствующей по­следовательности выполнения технологических операций.

Поточная форма производства реализуется в виде поточной ли­нии. Поточные линии, на которых заготовки изготовляются пооче­редно, партиями, называются переменно-поточными. Они характер­ны для серийного производства и применяются при изготовлении конструктивно близких заготовок с соответствующими переналад­ками оборудования и оснастки. Если на поточной линии все процес­сы автоматизированы, то поточная линия называется автомати­ческой.

В начале семидесятых годов текущего столетия в нашей стране была создана Единая система технологической подготовки произ­водства (ЕСТПП). ЕСТПП - установленная государственными стандартами система организации и управления технологической подготовкой производства, предусматривающая широкое примене­ние прогрессивных типовых технологических процессов, стандарт­ной технологической оснастки и оборудования, средств механиза­ции и автоматизации производственных процессов, инженерно-тех­нических и управленческих работ.

Технологическая подготовка производства (ТПП) должна обес­печить полную технологическую готовность предприятия произво­дить изделия высшей категории качества в соответствии с заданны­ми технико-экономическими показателями, т. е. при минимальных трудовых и материальных затратах. Под полной технологиче­ской готовностью понимают наличие на предприятии полного комплекта технологической документации и средств технологиче­ского оснащения, обеспечивающих производство изделий. ТПП включает решение многих задач, которые могут быть сгруппиро­ваны по следующим основным функциям: обеспечение технологич­ности конструкции изделия; разработка технологических процессов; проектирование и изготовление средств технологического оснаще­ния; организация и управление ТПП. Одно из видных мест в ЕСТПП занимает проектирование за­готовок и технологических процессов их получения.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют типы производства? Перечислите их основные признаки.

2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?

3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?

4. Какие существуют формы организации технологических процессов?

5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте ее назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

Лекция 3. « Основные понятия о заготовках и их характеристика. Качество заготовок. Технологичность заготовок. Конструкционные материалы».

ЗАГОТОВКА, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109-82, называется предмет тру­да, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.

Различают три основных вида заготовок: машиностроительные профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или трубы) или периодического. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или сваркой. Комбинированные заготовки - это сложные заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных болеепростых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.

Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точ­ностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определя­ют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пре­делах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том, что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центрование, а иногда и обработку технологических баз.

ПРИПУСКИ, НАПУСКИ И РАЗМЕРЫ

Припуск на механическую обработку - это слой металла, уда­ляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку - это слой металла, необходимый для выполнения всех необходимых технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Операционный припуск - это слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. При­пуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных.

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации рабочего.

Рис. 3.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и вала (в):

A заг, Б заг, В заг, D заг D" заг, D" заг - исходные размеры заготовки; А дет, Б дет, В дет, D" дет, D" дет - размеры готовой детали; D 1 , D 2 , D"1, D"1 - операционные размеры заготовки

Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптимальным для данных условий производства.

Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и других факторов. Известно, например, что чугунные отливки имеют дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный поверхностный слой.

Оптимальный припуск может быть определен расчетно - аналитическим методом, который рассматривается в курсе «Технология машиностроения». В отдельных случаях (например, когда еще не разработана технология механической обработки) припуски на обработку различных видов заготовок выбирают по стандартам и справочникам.

Действительный слой металла, снимаемый на первой операции, может колебаться в широких пределах, т. к. помимо операционного припуска часто приходится удалять напуск.

Напуск - это избыток металла на поверхности заготовки (сверх припуска), обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев напуск удаляется механической обработкой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис. 3.1 на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов - в минус, для отверстий - в плюс.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Роль конструкционного материала в технологическом процессе изготовления деталей машин чрезвычайно велика. С одной стороны, конструкционный материал должен обеспечить изготовление заготовок и деталей с наименьшими производственными затратами. Удельный вес стоимости материалов в себестоимости машиностроительной продукции сравнительно высок (например, в станкостроении он составляет 60 % общей стоимости, при изготовлении локомотивов и вагонов - 70...75 %) и имеет тенденцию к увеличению. С другой стороны, правильный выбор конструкционного материала должен обеспечить детали ее высокие эксплуатационные свойства, ее долговечность и ремонтопригодность.

При выборе конструкционного материала необходимо учитывать -его эксплуатационные, технологические и экономические свойства.

Эксплуатационные свойства материала должны обеспечить детали надежное выполнение своих функций. С этой точки зрения его выбор производится на основании расчетов, экспериментов или опыта эксплуатации аналогичных деталей. Данные по выбору марок материалов для изготовления деталей, работающих в определенных условиях, обычно приводятся в справочниках.

Технологические свойства (жидкотекучесть, способность к пластической деформации, свариваемость) - важный фактор, определяющий возможность и эффективность обработки данного материала выбранным технологическим методом. Проектируя деталь, конструктор должен с самого начала представлять, как ее будут изготовлять, начиная от получения заготовки и кончая финишной обработкой.

Технологические свойства материала могут заранее определить последующую технологию изготовления заготовок. Например, если станина станка изготавливается из серого чугуна, то заготовку можно получить только литьем. Чугун нельзя обрабатывать дав­лением. Он практически не сваривается (по крайней мере, при создании новых конструкций) и почти не допускает ремонта наплавкой. Литые заготовки станин требуют дополнительной обработки (естественное старение, низкотемпературный отжиг и др.) для стабилизации формы и размеров.

Экономическая эффективность используемого конструкционного материала может быть оценена его стоимостью и дефицитностью. Экономическая эффективность конструкционного материала не должна сводиться к его низкой стоимости. На выбор материала существенно влияет экономичность методов изготовления заготовок и их последующей обработки, что определяется технологическими свойствами данного материала. Кроме того, при современной тенденции все шире использовать более качественные и, следовательно, более дорогие материалы, необходимо учитывать, как их применение скажется на снижении массы и себестоимости деталив целом, на увеличении ее срока службы и ремонтопригодности.

КАЧЕСТВО ЗАГОТОВОК

Качество промышленной продукции - это совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные по­требности в соответствии с ее назначением. Одними из важнейших показателей качества машин являются:

1) эксплуатационные, которые определяют технический уровень машины (ее совершенство), ее надежность, эстетические и другие характеристики;

2) производственно-технологические, которые характеризуют главным образом технологичность конструкции машины и ее элементов;

3) экономические, которые характеризуют себестоимость изготовления, эксплуатации и ремонта машины.

Качество заготовки в большинстве случаев оценивается ее точностью и качеством поверхностного слоя.

Точность заготовок

Под точностью заготовки понимается ее соответствие требованиям чертежа и технических условий на ее изготовление. Отклонение реальной заготовки от требований чертежа (или эталона) называется погрешностью. Погрешности неизбежны на всех этапах изготовления заготовки, поэтому изготовить абсолютно точную заготовку практически невозможно.

Точность заготовок характеризуется как геометрическими (отклонения формы и размеров), так и физико-механическими свойствами (например, прочность, твердость, упругость, электропроводность и др.). Первая группа показателей изучалась в курсе «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Вторая группа обеспечивается правильным выбором материала и стабильностью технологии изготовления заготовок.

Для каждого метода изготовления заготовок различают достижимую и экономическую точность. Точность, которая может быть достигнута при данном типе производства высококвалифицированным рабочим в наиболее благоприятных условиях, называется достижимой. Экономическая точность достигается при данном технологическом методе в нормальных условиях производства. При проектировании технологических процессов технолог должен ориентироваться на среднеэкономическую точность.

Качество поверхностного слоя заготовок

Качество поверхностного слоя заготовок - это совокупность всех служебных свойств поверхностного слоя материала как результат воздействия на него одного или.нескольких последовательно применяемых технологических процессов. Поверхностный слой заготовки качественно отличается от материала сердцевины заготовки.

Качество поверхностного слоя характеризуют две группы параметров: геометрические (волнистость, шероховатость, субмикро - неровности) и физико-механические (химический состав; микро - структура; микротвердость; величина, знак и глубина распростра­нения остаточных напряжений и т. п.).

Качество поверхностного слоя определяется свойствами материала и технологией изготовления заготовки. Например, после горячей штамповки на поверхности заготовки будет окалина. Шероховатость поверхности заготовки, полученной холодной штам­повкой, значительно ниже, чем заготовки, полученной горячей штамповкой, но ее поверхностный слой имеет наклеп. Если заготовка подверглась химико-термической обработке, ее поверхностный слой имеет иной химический состав и структуру, чем основа.

Геометрические параметры качества поверхностного слоя и точность заготовки в определенном смысле взаимосвязаны. Например, если заготовку получают литьем в песчаные формы, то микро и макронеровности не позволяют получить высокую точность размеров. Выбирая вид заготовки и технологию ее производства, необходимо знать точность и качество поверхностного слоя заготовки, которые при этом могут быть получены.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЗАГОТОВОК

Основные понятия технологичности

Технологичность конструкции изделия, согласно ГОСТ 14.205 - 83, представляет собой совокупность свойств конструкции, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ . Отработка на технологичность обязательна на всех стадиях создания изделий.

Вопросы технологичности должны решаться комплексно, начиная со стадии проектирования заготовки и выбора метода ее изготовления и кончая процессом механической обработки и сборки всего изделия. Отработанная на технологичность заготовка не должна усложнять последующую механическую обработку. Техно­логичность, как правило, закладывается на стадии проектирования, поэтому от конструктора требуется высокий уровень технологической подготовки.

Технологичность - понятие относительное. Одна конструкция заготовки может быть технологична при данном типе производства и совершенно нетехнологична при другом. Технологичность зависит также от производственных возможностей данного предприятия (завода). Развитие производственной базы предприятия (напри­мер, внедрение станков с ЧПУ, автоматизированного оборудова­ния) изменяет требования к технологичности.

Порядок и правила обеспечения технологичности устанавливаются государственными стандартами. Современные тенденции состоят в том, что отработка конструкции на технологичность все в большей степени смещается на стадию разработки конструкторской документации. Это требует делового и творческого сотрудничества конструкторов и технологов, как при выборе вида заготовки, так и при разработке технологии ее последующей обработки.

Показатели технологичности

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

Качественную оценку («хорошо - плохо», «допустимо - недопустимо») получают, путем сравнения двух и более вариантов заготовок. Критерием в этом случае являются справочные данные и опыт технолога и конструктора. Обычно такая оценка производится на стадии эскизного проектирования и всегда предшествует количественной оценке.

Количественные показатели дают возможность объективно и достаточно точно оценить технологичность сравниваемых конструкций. Выбор показателей зависит от назначения детали (заготовки), типа производства и условий эксплуатации. Для каждой детали выбирают свои, наиболее характерные показатели. Применительно к заготовкам чаще всего в качестве показателей технологичности используют трудоемкость изготовления, технологическую себестоимость и коэффициент использования металла.

Трудоемкость изготовления заготовки представляет собой суммарные затраты времени на производство заготовки по всем технологическим операциям. Составляющие нормы времени на выполнение работ по отдельным операциям приводятся в соответствующих справочниках.

На ранних стадиях проектирования применяют приближенные методы оценки трудоемкости. Например, «весовым методом» трудоемкость оценивается по трудоемкости типовой заготовки, аналогичной по форме, точности и технологии изготовления:

Т пр = T тип
(3.1)

где Т ПР, Ттип - трудоемкость соответственно проектируемой итиповой заготовок; G пр, G тип - масса соответственно проектируемой и типовой заготовок.

Для оценки технологичности используют также отношение трудоемкости механической обработки к трудоемкости получения заготовки Т мех / Т заг - Чем меньше это отношение, тем технологичнее заготовка (уменьшается объём механической обработки). Отношение Т мех / Т заг зависит также от типа производства (для единичного производства оно максимально).

Технологическая себестоимость изготовления применяется для выбора наилучшего варианта заготовки в условиях одного способа производства (цеха, завода). В общем виде для одной детали она состоит из следующих элементов:

С т . д = М + З + И и. 0 + С об , (3.2)

где М - стоимость расходуемых основных материалов, р./шт.; З - заработная плата производственных рабочих, р./шт.; И н. 0 - возмещение износа оснастки, р./шт.; С 0б - расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования за время изготовления одной детали, р./шт.

Все элементы себестоимости взаимосвязаны. Например, изменение вида заготовки вызывает изменение затрат на механическую обработку. Изменение конструкционного материала может вызвать изменение номенклатуры технологического оборудования. Из сравниваемых вариантов выбирают тот, для которого технологическая себестоимость минимальна независимо от отдельных составляющих.

Коэффициент использования металла - это безразмерная величина, определяемая отношением массы изделия к массе израсходованного металла:

К и.м = G д / G p , (3.3)

где G д - масса готовой детали; G P - масса всего израсходованного металла, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т. п.

Различают коэффициент К в.г выхода металла, годного в заготовительных цехах, и коэффициент весовой точности К в.г:

К в.г = G 3 / G p , (3.4)

где G 3 - масса заготовки;

К в.г = G д / G з . (3.5)

При прочих равных условиях более выгодны высокие значения К и.м. Для оценки влияния технологичности заготовки на коэффициент использования металла необходимо помнить, что

К и.м = К в.г К в.т . (3.6)

Обеспечение технологичности заготовок на стадии проектирования

Задача обеспечения технологичности заготовок должна решаться с учетом взаимодействия всех служб завода (конструкторы, технологи, работники технического снабжения и т. д.) иконкретных производственных условий (наличие на заводе определенного оборудования, материалов, площадей). Способы повышения техно­логичности в значительной степени зависят от типа производства, объема партии, вида заготовки и других факторов. Поэтому ниже приводятся лишь некоторые рекомендации по повышению технологичности заготовок.

Рис. 3.2. Шпилька, изготовленная обработкой резанием (а) и накатыванием (б)

Рис. 3.3. Примеры уменьшения объема механической обработки за счет уменьшения протяженности обрабатываемых поверхностей(а) и уменьшения их количества (б)

1. Желательно, чтобы очертания заготовки представляли собой сочетание наиболее простых геометрических форм.

2. Форма и размеры отдельных элементов заготовки (галтели, уклоны и т. п.) должны быть унифицированы.

3. Точность размеров и шероховатость поверхностей заготовок должны быть экономически обоснованными.

4. Желательно максимально использовать способы получения заготовок, не требующие последующего снятия стружки (рис. 3.2).

5. При невозможности обойтись без механической обработки необходимо стремиться максимально ее сокращать за счет уменьшения количества и протяженности обрабатываемых поверхностей (рис. 3.3).

6. Конструкция детали должна допускать возможность ее изготовления составной из двух и более частей (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Конструкция цельной (а) и составной (б) детали

Контрольные вопросы

1. Что такое заготовка? Как классифицируют заготовки?

2. Что такое напуск и припуск; в каких случаях они назначаются и как опреде­ляются?

3. Как влияет материал на выбор способа получения заготовки? Приведите

4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?

5. Что представляет собой достижимая и экономическая точность заготовки? Как влияет заданная точность на себестоимость заготовки и готовой детали?

6. Что подразумевают под качеством поверхностного слоя заготовки и какие факторы на него влияют?

7. Что понимают под технологичностью заготовки и какими показателями она

оценивается?

8. Как обеспечивается технологичность заготовок на стадии проектирования?

Лекция 4. « Выбор способа получения заготовок. Технологические возможности основных способов получения заготовок. Основные принципы выбора способа получения заготовок».

Основные способы производства заготовок - литье, обработка давлением, сварка. Способ получения той или иной заготовки за­висит от служебного назначения детали и требований, предъяв­ляемых к ней, от ее конфигурации и размеров, вида конструкци­онного материала, типа производства и других факторов.

Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными по­верхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности зависят от способа литья. Неко­торыми специальными способами литья (литье под давлением, по выплавляемым моделям) можно получить заготовки, требующие минимальной механической обработки.

Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов. Механические свойства отливки в значительной степени зависят от условий кристаллизации металла в форме. В некоторых случаях внутри стенок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обна­руживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки.

Обработкой металлов давлением получают машиностроитель­ные профили, кованые и штампованные заготовки.

Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прес­сованием, волочением. Эти методы позволяют получить заготовки, близкие к готовой детали по поперечному сечению (круглый, шести­гранный, квадратный прокат; сварные и бесшовные трубы). Про­кат выпускают горячекатаный и калиброванный. Профиль, не- обходимый для изготовления заготовки, можно прокалибровать волочением. При изготовлении деталей из калиброванных профи­лей возможна обработка без применения лезвийного инструмента.

Ковка применяется для изготовления заготовок в единичном производстве. При производстве очень крупных и уникальных за­готовок (массой до 200...300 т) ковка - единственный возможный способ обработки давлением. Штамповка позволяет получить за­готовки, более близкие по конфигурации к готовой детали (массой до 350...500 кг). Внутренние полости поковок имеют более простую конфигурацию, чем отливок, и располагаются только вдоль на­правления движения рабочего органа молота (пресса). Точность и качество заготовок, полученных холодной штамповкой, не усту­пают точности и качеству отливок, полученных специальными ме­тодами литья.

Обработкой давлением получают заготовки из достаточно пла­стичных металлов. Механические свойства таких заготовок всегда выше, чем литых. Обработка давлением создает волокнистую макроструктуру металла, которую нужно учитывать при разработ­ке конструкции и технологии изготовления заготовки. Например, в зубчатом колесе, изготовленном из проката (рис. 4.1,а), направление волокон не способствует повышению прочности зубьев. При изготовлении заготовки штамповкой из полосы (рис. 4.1,6) или осадкой из прутка (рис. 4.1, в) можно получить более благоприят­ное расположение волокон

Рис. 4.1. Макроструктура зубчатых колес, изготовленных:

а - из проката; б - штамповкой из полосы; в - осадкой из прутка;

1 - благоприятное и 2 - неблагоприятное расположе­ние волокон

Сварные заготовки изготавливают различными способами сварки - от электродуговой до электрошлаковой. В ряде случаевсварка упрощает изготовление заготовки, особенно сложной кон­фигурации. Слабым местом сварной заготовки является сварной шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заго­товки или технология сварки могут привести к дефектам (коро­бление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработкой.

Комбинированные заготовки сложной конфигурации дают зна­чительный экономический эффект при изготовлении элементов за­готовки штамповкой, литьем, прокаткой с последующим соедине­нием их сваркой. Комбинированные заготовки применяют при изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечно-прессового оборудования, рам строительных машин и т. д.

Перспективно в настоящее время получение заготовок из пласт­масс и порошковых материалов. Характерной особенностью таких заготовок является то, что они по форме и размерам могут соответ­ствовать форме и размерам готовых деталей и требуют лишь не­значительной, чаще всего отделочной обработки.

Основные принципы выбора способа получения заготовок

Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, получен­ных различными способами. Одним из основополагающих принци­пов выбора заготовки является ориентация на такой способ изготов­ления, который обеспечит ей максимальное приближение к готовой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготов­ления детали. Однако при этом, в заготовительном производстве уве­личиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего.

Разработка технологических процессов изготовления заготовок должна осуществляться на основе технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечить выполне­ние всех требований чертежа и технических условий на заготовку. В соответствии с экономическим принципом изготовление заготов­ки должно вестись с минимальными производственными затра­тами.

Из нескольких возможных вариантов технологического процесса при прочих равных условиях выбирают наиболее экономичный, при равной экономичности - наиболее производительный. Если ставятся специальные задачи, например срочный выпуск какой-ни­будь важной продукции, решающими могут оказаться другие фак­торы (более высокая производительность, минимальное время под­готовки производства и др.).

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Форма и размеры заготовки

Наиболее сложные по конфигурации заготовки можно изготав­ливать различными способами литья. Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяют получать заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В то же время некоторые способы литья (например, литье под давлением) вы­двигают определенные ограничения к форме отливки и условиям ее изготовления.

Заготовки, получаемые штамповкой, должны быть более про­стыми по форме. Изготовление отверстий и полостей штамповкой в ряде случаев затруднено, а использование напусков резко уве­личивает объем последующей механической обработки.

Для простых по конфигурации деталей часто заготовкой явля­ется прокат (прутки, трубы и т. п.). Хотя в этом случае объем механической обработки возрастает, такая заготовка может быть достаточно экономичной из-за низкой стоимости проката, почти полного отсутствия подготовительных операций и возможности автоматизации процесса обработки.

Для литья и ковки размеры заготовки практически не ограни­чиваются. Нередко ограничивающим параметром в этом случае являются определенные минимальные размеры (например, мини­мальная толщина стенки отливки, минимальная масса поковки). Штамповка и большинство специальных методов литья ограничи­вают массу заготовки до нескольких десятков или сотен кило­граммов.

Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок и по­ковок влияют на их себестоимость. Причем масса заготовки влияет активнее, так как с ней связаны расходы на оборудование, оснастку, нагрев и т. п. Значительное снижение стоимости изготовления ли­тых и штампованных заготовок происходит при увеличении их массы от 2 до 30 кг.

Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

Требуемая точность геометрических форм и размеров заготовок существенно влияет на их себестоимость. Чем выше требования к точности отливок, штамповок и других заготовок, тем выше стоимость их изготовления. Это определяется главным образом увеличением стоимости формообразующей оснастки (модели, штам­пы, пресс-формы), уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности (и, следо­вательно, более дорогого), увеличением расходов на его содержа­ние и эксплуатацию. В оптовых ценах на заготовки это удорожание выражается в виде надбавок к базовой цене. Размеры надбавок составляют для отливок 3...6 %, для штамповок - 5...15 %.

Качество поверхностного слоя заготовки сказывается на воз­можности ее последующей обработки и на эксплуатационных свой­ствах детали (например, усталостная прочность, износостойкость). Оно формируется практически на всех стадиях изготовления за­готовки. Технологический процесс определяет не только микро­геометрию поверхности, но и физико-механические свойства по­верхностного слоя.

В качестве примера сравним заготовки, полученные литьем в песчаные формы и под давлением. В первом случае получают грубую неточную поверхность. При обработке такой заготовки ре­занием возникает неравномерная нагрузка на резец, что в свою очередь снижает точность обработки. Особенно ярко это проявля­ется при обработке внутренних поверхностей.

Во втором случае поверхность заготовки имеет низкую высоту микронеровностей, но в связи с высокой скоростью охлаждения и отсутствием податливости формы в поверхностном слое металла создаются остаточные напряжения растяжения. Последние могут привести к короблению отливки и трещинам. Иногда остаточные напряжения выявляются не сразу, а при последующей механиче­ской обработке. Съем слоя металла с поверхности нарушает равно­весие напряжений и приводит к деформации готовой детали.

Технологические свойства материала заготовки

Каждый способ производства заготовок требует от материала определенного комплекса технологических свойств. Поэтому часто материал накладывает ограничения на выбор способа получения заготовки. Так, серый чугун имеет прекрасные литейные свойства, но не куется. Титановые сплавы обладают высокими антикоррози­онными свойствами, но получить из них отливки или поковки весь­ма затруднительно.

Технологические свойства оказывают влияние на себестоимость изготовления заготовок. Например, переход при изготовлении от­ливки от чугуна к стали повышает себестоимость литья (без учета стоимости материала) на 20...30 %. Применение легированных и высокоуглеродистых сталей при производстве заготовок штампов­кой повышает стоимость их изготовления на 5...7 %.

Если заготовки из одного и того же материала получать раз­личными способами (литье, обработка давлением, сварка), то они будут обладать неидентичными свойствами, т. к. в процессе изго­товления заготовки происходит изменение свойств материала. Так литой металл характеризуется относительно большим размером зерен, неоднородностью химического состава и механических свойств по сечению отливки, наличием" остаточных напряжений и т. д. Металл после обработки давлением имеет мелкозернистую структуру, определенную направленность расположения зерен (во­локнистость). После холодной обработки давлением возникает на­клеп. Холоднокатаный металл прочнее литого в 1,5...3,0 раза. Пла­стическая деформация металла приводит к анизотропии свойств: прочность вдоль волокон примерно на 10... 15 % выше, чем в попе­речном направлении.

Сварка ведет к созданию неоднородных структур в самом свар­ном шве и в околошовной зоне. Неоднородность зависит от спо­соба и режима сварки. Наиболее резкие отличия в свойствах свар­ного шва получают при ручной дуговой сварке. Электрошлаковая и автоматическая дуговая сварки дают наиболее качественный и однородный шов.

Программа выпуска продукции

Программа выпуска продукции, т. е. количество изделий, вы­пускаемых в течение определенного периода времени (обычно за год), является одним из важнейших факторов, определяющих вы­бор способа производства заготовок. Ее влияние для каждого технологического процесса легко проследить по себестоимости од­ной заготовки:

С заг = а + b / П (4.1)

или производственной партии:

С = а П + b, (4.2)

где а - текущие затраты (стоимость расходуемого материала, за­работная плата основных рабочих, расходы на эксплуатацию обо­рудования и инструмента и т. д.); b - единовременные затраты (на оборудование, инструмент, его амортизацию и ремонт); П - размер производственной партии, шт.

Очевидно, что уве­личение размера пар­тии ведет к уменьше­нию себестоимости за­готовки. Однако такое снижение себестоимо­сти происходит не одно­значно. При увеличе­нии производственной партии свыше значения Пi требуется введение дополнительного обо­рудования, технологи­ческой оснастки. Зави­симость себестоимости от размеров партии приобретает в этом случае более сложный (ступенчатый) характер (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Зависимость себестоимости С пар­тии заготовок (1) и одной заготовки (2) от размера производ­ственной партии П:

П 1 , П 2 - критические значения размеров пар­тии

Рис. 4.3. Сравнение себе­стоимости С технологи­ческих процессов изго­товления заготовки (ва­рианты 1 я 2) в зависи­мости от размера произ­водственной партии

Сравнение двух (или нескольких) вариантов технологических процессов изготовления заготовок можно осуществить графически (рис. 4.3). Точка пересечения дает критическую производственную партию П к, которая разделяет области рационального применения того или иного технологического процесса.

Программа выпуска позволяет также определить экономически целесообразные пределы применения различных методов получения заготовок (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Поводок (а) и зависимость себестоимос­ти заготовки от метода ее изготовления и разме­ра производственной партии (б)

Производственные возможности предприятия

При организации производства нового вида заготовок, кроме разработки технологических процессов, следует установить необхо­димость нового оборудования, производственных площадей, коопе­ративных связей, постановки дополнительных материалов, электро­энергии, воды и т. п. В этом случае выбор оборудования, оснастки и материалов производится на основании предварительного техни­ко-экономического анализа.

При проектировании технологического процесса для действую­щего предприятия его следует связать с возможностями этого пред­приятия. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и количестве имеющегося оборудования, производственных площа­дях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных служб и т. д.

Многие из упомянутых выше факторов взаимосвязаны. Напри­мер, внедрение литья в металлические формы (кокиль) позволяет значительно снизить потребность в производственных площадях в литейном цехе (уменьшаются габаритные размеры машин, снижа­ется расход формовочных материалов и т. п.). Но, с другой стороны, изготовление и ремонт кокилей требует дополнительных затрат в инструментальных и ремонтных цехах.

Определенное влияние на выбор способа изготовления заготов­ки оказывают также наличие и уровень квалификации рабочих и ИТР па предприятии. Чем ниже квалификация рабочих и больше производственная программа, тем детальнее необходимо разраба­тывать технологическую документацию, тем больше нагрузка на технологические службы предприятия и выше требования к квали­фикации ИТР.

Длительность технологической подготовки производства

В процессе технологической подготовки производства решаются задачи: технологического проектирования - разработка технологи­ческих процессов, маршрутных карт и т. п.; нормирования - рас­четы трудоемкости операций и материалоемкости деталей; кон­струирования и производства основного и вспомогательного обо­рудования и технологической оснастки.

Сложность периода технологической подготовки производства состоит в том, что все работы должны вестись в кратчайшие сроки с минимальной трудоемкостью и стоимостью. Удлинение периода подготовки производства может привести к моральному устарева­нию изделия, снижению фондоотдачи капиталовложений и т. д. Поэтому начинать подготовку желательно еще во время проекти­рования изделия.

Длительность и объем технологической подготовки производст­ва определяется сложностью изготавливаемого изделия, характе­ром применяемых технологических процессов и типом производ­ства. Чем больше количество и сложность используемого обору­дования, тем больше объем и длительность подготовки. В условиях массового и серийного производства технологическая подготовка ведется особенно подробно. В единичном производстве технологи­ческая подготовка ограничивается разработкой минимальных дан­ных, необходимых для производства. Их детализация возлагается на цеховые технологические службы. В некоторых случаях (на­пример, для устранения «узких» мест производства) с целью сокра­щения периода подготовки выбирают такой метод производства заготовок, который требует минимальных затрат на производство оборудования, инструментов и оснастки, необходимых для осуще­ствления данного технологического процесса.

МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

На первом этапе тщательно анализируются детальные и сбо­рочные чертежи изделия, взаимосвязи элементов конструкции при сборке, эксплуатации и ремонте. Анализ сопровождается кри­тической оценкой чертежей с точки зрения технологичности и обо­снованности технических требований. Все выявленные недостатки исправляются совместно с разработчиком конструкции.

Затем, исходя из заданной программы выпуска продукции, кон­фигурации и размеров основных деталей и узлов, а также произ­водственных возможностей предприятия, устанавливается тип и характер будущего производственного процесса (единичное, серий­ное или массовое; групповое или поточное).

В соответствии с конструкцией детали и предъявляемыми тех­ническими требованиями устанавливают основные факторы, определяющие выбор вида заготовки и технологии ее изго­товления. Факторы желательно располагать в порядке убывания их значимости.

Анализируя степень влияния рассмотренных выше факторов, выбирают один или несколько технологических процессов, обеспе­чивающих получение заготовок требуемого качества. Одновремен­но проверяют возможность использования комбинированных заго­товок. На предварительном этапе выбора оптимального способа получения заготовок можно воспользоваться так называемой матрицей влияния факторов (табл. 4.1). Оценка каждого фактора в ней производится «плюс - минус» или с помощью коэффициента удельного веса (от 0 до 1). Лучшим считается способ, набравший большее число плюсов или большую сумму коэффициентов.