Электронное учебное пособие по курсу "основы технологии машиностроения". Заготовки в машиностроении Технологические свойства материала заготовки

Материалы и требования, предъявляемые к качеству детали.

Основная тенденция современного машиностроения — примене-ние материалов, обеспечивающих необходимые конструктивные и эксплуатационные свойства, имеющих повышенную обрабаты-ваемость на всех стадиях передела. Иными словами, материалы должны обладать необходимым запасом определенных техноло-гических свойств — ковкостью, штампуемостью, жидкотеку-честью, свариваемостью, обрабатываемостью.

Необходимым технологическим свойством для деформи-руемых материалов является технологическая пластичность . Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качест-венную заготовку методом обработки металлов давлением, тем сложнее технологический процесс, тем выше себестоимость де-тали. Так, при изготовлении поковок из труднодеформируемых высокопрочных сплавов осуществить необходимую степень де-формации за один нагрев не всегда удается, поэтому необходи-мо введение дополнительных промежуточных нагревов, что зна-чительно повышает себестоимость и трудоемкость изготовле-ния поковок. Особенно жесткие требования по технологичес-кой пластичности предъявляют к тем сплавам, изделия из кото-рых подвергают холодной обработке металлов давлением — выдавливанию, вытяжке , гибке , формовке.

При выборе способа получения отливок также необходимо учитывать технологические свойства сплавов. Например, если материал обладает пониженными литейными свойствами (низ-кая жидкотекучесть, высокая склонность к усадке и т.п.), не рекомендуется применять для получения отливок из этого ма-териала такие способы, как литье в кокиль или литье под давле-нием, так как из-за низкой податливости металлических форм могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки и трещины . В таких случаях целесообразно применение способов: оболочковое литье и литье в песчано-глинистые формы.

Сплавы, склонные к повышенному поглощению газов (мно-гие литейные сплавы на основе алюминия), нежелательно при-менять для получения заготовок литьем под давлением; для центробежного литья исключено применение сплавов, склон-ных к ликвации.

В технических условиях для ответственных, тяжело нагру-женных деталей, для деталей, работающих в условиях перемен-ных нагрузок, в специальных средах (детали турбостроения, энергомашиностроения, такие, как валы, шестерни , зубчатые колеса, роторы, турбинные и компрессорные диски и т.п.), ука-зывают определенные требования к качеству материала, к фи-зико-механическим свойствам.

Процесс изготовления стальных отливок значительно слож-нее, чем чугунных, так как литейные свойства у стали ниже, чем у чугуна. Для предупреждения образования усадочной пористо-сти необходимы большие прибыли , обтаем которых может дос-тигать 60 % объема отливки, что приводит к увеличению расхо-да материала в 1,6 раза. Учитывая пониженную жидкотекучесть стали, сечения литниковых каналов необходимо увеличивать в 1,5—3,0 раза. Все это, естественно, снижает коэффициент ис-пользования металла, повышает себестоимость деталей.

В табл. 2.10 приведены оптовые цены за тонну стальных от-ливок для некоторых весовых групп . Сравнивая табл. 2.7 и 2.10 для отливок одних и тех же массы и группы сложности, изготовленных из чугуна и стали, можно отметить, что оптовые цены на отливки из конструкционных нелегированных и низко-легированных сталей близки к ценам аналогичных отливок из высокопрочного чугуна.

Учитывая более высокие литейные свойства высокопроч-ных чугунов, их прочность и пластичность, необходимо оцени-вать возможность замены стального литья на литье из высоко-прочного чугуна.

В структуре литейного производства СССР литье из цветных металлов, и сплавов составляет около 4 %. Однако в пос-ледние годы наблюдается тенденция к более широкому исполь-зованию цветных сплавов для получения фасонных отливок. Этому способствует наличие ряда особых физико-химических и физико-механических свойств, присущих сплавам из цветных металлов, и прежде всего высокая удельная прочность. В табл. 2.11 представлены значения удельной прочности некоторых ма-териалов, которые определяются как отношение предела проч-ности материала к его плотности. Как видно из данных табли-цы, такие материалы, как алюминиевый и титановый сплавы, имеют более высокую удельную прочность, что позволяет при их применении значительно снизить массу изделий.

Среди литейных материалов из сплавов цветных металлов наиболее широкое применение нашли алюминиевые сплавы. От-ливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % общего выпуска цветного литья; 25 % составляют отливки из медных сплавов. В последние годы достигнуты значительные успехи в освоении использования тугоплавких металлов, в частности титана, что значительно расширило область их применения, в том числе и для получения фасонных отливок.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают спла-вы системы алюминий-кремний, так называемые силумины. Эти сплавы широко применяют в автомобильной, авиационной, приборо-, машино-, судостроительной и электротехнической промышленности , так как они обладают высокими литейными свойствами, достаточными пластичностью и механической проч-ностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из си-луминов получают отливки деталей сложной конфигурации, ра-ботающие при средних и значительных нагрузках.

Сплавы системы алюминий — медь обладают пониженными литейными свойствами, низкими пластичностью и коррозион-ной стойкостью, но хорошо обрабатываются резанием. Вслед-ствие широкого интервала кристаллизации сплавы этой систе-мы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости . Отличительная особенность этих спла-вов — теплопрочность. Основная область применения — самолетостроение.

Сложные алюминиевые сплавы, содержащие медь и кремний, обладают высокой жидкотекучестью, коррозионной стойко-стью, хорошей свариваемостью. Их применяют для изготовления корпусов различных приборов, автомобильных и тракторных поршней, деталей авиационных двигателей.

Алюминиево-магниевые сплавы из всех литейных алюминие-вых сплавов обладают наиболее высокими механическими свой-ствами, пониженной плотностью, высокими коррозионной стой-костью и прочностью. Их используют при изготовлении отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающихся воздействию морской воды. Вследствие большой склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлостей, взаимодействию с влагой литейной формы, пониженной жидкотекучести изготовление отливок из этих сплавов вызывает значительные технологические трудности.

Сплавы, не вошедшие в рассмотренные системы, относятся к сложнолегированным; их применяют для отливок, работаю-щих при повышенных температурах и давлениях, требующих повышенной стабильности размеров, для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатываемых резанием .

Наибольший эффект в снижении себестоимости получает-ся при увеличении коэффициента весовой точности, так как статья расходов на металл во много раз превышает любую дру-гую статью расхода при производстве деталей машин. Как из-меняются коэффициент весовой точности и коэффициент ис-пользования металла при изготовлении поковки штуцера, по-казано на рис. 3.33.

В некоторых случаях для выбора оптимальной заготовки целесообразно сопоставлять между собой литье и обработку металлов давлением. Если деталь может быть получена как из отливки, так и из поковки, то прежде всего необходимо оцени-вать требования, предъявляемые к детали условиями эксплуа-тации (характер нагрузок, значения механических свойств, тре-бования к плотности, размеру и расположению зерен и т.д.). Обычно эти требования заданы конструктором и изложены в чертеже готовой детали. Ответственные детали, к которым предъявляют повышенные требования по механическим свой-ствам, особенно по ударной вязкости , рекомендуется изготав-ливать из кованых или штампованных заготовок. Горячую объ-емную штамповку наиболее целесообразно сопоставлять с литьем под давлением, с литьем в кокиль и со штамповкой из жидкого металла.

Если деталь по своей конструкции пригодна для штамповки и для литья под давлением, то при выборе способа изготовле-ния необходимо учитывать следующее.

Температуру плавления сплава. Например, деталь изго-тавливают из медного сплава. Стойкость форм при литье под давлением медных сплавов в среднем 5—10 тыс. шт. отливок, стойкость штампа 10—20 тыс. шт. поковок. Кроме того, стои-мость форм в 1,5—2 раза выше стоимости штампа. Следует помнить, что параметр шероховатости поверхности деталей из медных сплавов, изготавливаемых литьем под давлением, ухудшается по мере изнашивания формы, так как на поверх-ности формы появляется сетка трещин разгара;

Характерной особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода загото-вок является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуют или формуют в изделия заданных размеров и подвергают термической обработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления

основного компонента шихты.

Основные элементы технологии порошковой металлургии следующие:

получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или их

сплавы, металлоиды, соединения металлов с неметаллами и другие химические соединения;

прессование из "подготовленной шихты изделий необходи-мой формы в специальных пресс-формах, т.е. формование бу-дущего изделия;

термическая обработка (или спекание) спрессованных из-делий, обеспечивающая им окончательные физико-механичес-кие и другие свойства. В производственной практике иногда встречаются отклонения от типового технологического процес-са, например совмещение операции прессования и спекания, пропитка пористого брикета расплавленным металлом, допрессовка или калибровка спеченного полуфабриката, дополнитель-ная механическая обработка спеченных изделий и т.д.

Достоинства порошковой металлургии следующие:

возможность изготовления деталей из тугоплавких мате-риалов, псевдосплавов (например, медь — вольфрам, железо — графит), пористых материалов с заранее заданной пористостью (фильтры, самосмазывающиеся подшипники);

значительная экономия материалов в связи с возможностью прессования изделий с окончательными размерами, не нуж-дающихся (или почти не нуждающихся) в последующей меха-нической обработке; отходы производства в этом случае не превышают 1—5 %;

возможность получения изделий из материалов высокой чистоты, так как при изготовлении деталей методом порошко-вой металлургии (в отличие от литья) исключается внесение каких-либо загрязнений в перерабатываемый материал;

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.

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

1. Типы и формы производства и методы организации его подготовки

1.1 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 < Кз.о, < 10 производство является крупносерийным, при 10 < Кз.о < 20 - среднесерийным, при 20 < Кз.о < 40 - мелкосерийным, при Кз.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

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)	Отсутствует	Периодическая	Непрерывный выпуск одних и тех же заготовок
Технологическое оборудование	Универсальное	Универсальное, частично специализированное и специальное	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 высоко квалифицированных наладчиков)
Себестоимость низкая 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 отрас-лях 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.

1.2 Производственный и технологический процессы

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 или часть конвейера, а также оснастка и предметы производства, называется рабочим местом. Современное производство изделий машиностроения немыслимо без технологического оборудования и оснастки.

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, прессформы, 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.

1.3 Принципы, формы и методы организации производства

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.

1.4
Понятие о единой системе технологической подготовки производства

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.

1.5 Назначение и тенденция развития заготовительного производства

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 (табл. 1.2). Современное заготовительное производство располагает возможностью формировать заготовки самой сложной конфигурации и самых различных размеров и точности.

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

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.

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 её назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

2. Основные понятия о заготовках и их характеристика

2.1 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 более простых 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.

2.2 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. 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.

Рис. 2.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и вала (в) : А эаг, Б заг, В заг, D заг, D ′ заг, D ″ заг - исходные размеры заготовки; A дет, Б дет, В дет, D " дет, D " дет, - размеры готовой детали; D 1 , D 2 , О" 1 , О" 1 , - операционные размеры заготовки

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. 2.1 на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов - в минус, для отверстий - в плюс.

2.3 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 детали в целом, на увеличении ее срока службы и ремонтопригодности.

2.4 Качество заготовок

Качество промышленной продукции - это совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные по требности 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.

2.4.1 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, которая оговаривается в справочной литературе .

2.4.2 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, субмикронеровности) и физико-механические (химический состав; микроструктура; 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.

2.5
Технологичность заготовок

2.5.1 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. производство заготовка технологичность

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.

2.5.2 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:

где Т пр, Т тип - трудоемкость соответственно проектируемой и типовой 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 + 3 + И и.о +С об, (2.2)

где М - стоимость расходуемых основных материалов, р./шт.; 3 - заработная плата производственных рабочих, р./шт.; И и.о - возмещение износа оснастки, р./шт.; С об - 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 , (2.3)

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.т :

К в.г = G з /G р, (2.4)

где G 3 - масса заготовки;

K в.т = G д /G з. (2.5)

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

К и.м = К в.г К в.т. (2.6)

2.5.3 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.) и конкретных 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.

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. 2.2).

5. При невозможности обойтись без механической обработки необходимо стремиться максимально ее сокращать за счет уменьшения количества и протяженности обрабатываемых поверхностей (рис. 2.3).

Конструкция детали должна допускать возможность ее изготовления составной из двух и более частей (рис. 2.4).

Рис. 2.2. Шпилька, изготовленная обработкой резанием (о) и накатыванием (б)

Рис. 2.3. Примеры уменьшения объема механической обработки за счёт уменьшения протяженности обрабатываемых поверхностей (а) и уменьшения их количества (б)

Рис. 2.4. Конструкция цельной (о) 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 примеры.

4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?

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

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?

В машиностроении под заготовкой принято понимать полуфабрикат, поступающий на механическую обработку, в результате которой он превращается в годную для сборки деталь. 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.

Основными методами получения заготовок являются:

– обработка металлов давлением (пластическое деформирование);

– получение заготовок из проката;

– получение заготовок методом сварки.

§ 7.1 Литейное производство

Литейное производство – это отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) путём заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию отливки. Рассмотрим некоторые способы литья.

Литьё в земляные формы . Схема литья показана в землю показана на рис. 7.1. На рисунке обозначены 1 – отливка (получаемая заготовка), 2 – каналы для заливки расплавленного металла, 3 – формовочная смесь, 4 – опока (стальной ящик для формовочной смеси), 5 – линия разъёма литейной формы. Сначала изготавливают металлическую или деревянную модель. Эту модель помещают в незатвердевшую формовочную смесь и соединяют две полуформы. Этот процесс называется формовкой. Формовочная смесь состоит в основном из песка и отверждаемой смолы. После затвердевания формовочной смеси полуформы разъединяют, извлекают модель, вновь соединяют две полуформы и в образовавшуюся полость через каналы заливают расплавленный метал. После застывания металла полуформы разъединяют по линии разъёма и извлекают отливку. Формовочная смесь используется один раз, так как при извлечении отливки форма разбивается, рассыпается. Для получения новой отливки необходимо снова производить формовку. Модель используется многократно.

Рис. 7.1 Литьё в земляные формы

Литьё в землю – самый универсальный и распространённый способ литья. Он применяется во всех типах производства (единичном, серийном, массовом) и служит для получения самых различных по массе и конфигурации отливок из любых литейных сплавов.

Литьё по выплавляемым моделям . Этот способ основан на применении моделей из легкоплавких материалов, например, из воска. Схема способа показана на рис. 7.2. На рисунке обозначены 1 – модель, 2 – оболочка, 3 – каналы для заливки расплавленного металла. Сначала изготавливают легкоплавкую модель. Затем эта модель покрывается слоем огнеупорных покрытий. После затвердевания оболочки, производят заливку расплавленного металла, не извлекая модель. При заливке металла модель сразу расплавляется до жидкого состояния и вытесняется из оболочки заливаемым металлом. После застывания металла оболочка разрушается и остаётся отливка требуемой конфигурации.

Данным способом можно получат отливки массой до 150 кг. Преимуществами способа являются отсутствие линии разъёма, более высокая точность и меньшая шероховатость по сравнению с литьём в землю.

Рис. 7.2 Литьё по выплавляемым моделям Рис. 7.3 Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы . Схема способа показана на рис. 7.3. На рисунке обозначены 1 – модель, 2 – оболочка, 3 – каналы для заливки расплавленного металла, 4 – линия разъёма формы. Сначала изготавливается металлическая или деревянная модель, которая покрывается слоем огнеупорных красок и покрытий на основе фенолформальдегидных смол. Толщина покрытия составляет 5…15 мм. После затвердевания покрытия получается оболочка. Она разрезается по линии разъёма, модель извлекается, а две полуформы вновь соединяются. Поучается оболочка, внутри которой образуется полость требуемой конфигурации. В эту оболочку заливается расплавленный металл. После застывания металла оболочка разрушается и остаётся отливка требуемой конфигурации.

Данным способом можно получат отливки массой до 150 кг. Преимуществами способа являются более высокая точность и меньшая шероховатость по сравнению с литьём в землю. Модель может использоваться многократно.

Литьё в кокиль . Кокиль – это металлическая литейная форма. Отливки получают путём свободной заливки расплавленного металла в кокиль. Схема способа показана на рис. 7.4. На рисунке обозначены 1 – полость, 2 – детали кокиля, 3 – канал для заливки расплавленного металла, 4 – линия разъёма формы. Перед заливкой внутренние поверхности кокиля обмазывают огнеупорными красками и подогревают до 300…500ºС. После застывания металла части кокиля разъединяют и извлекают отливку.

Рис. 7.4 Литьё в кокиль

Стойкость кокиля составляет 300…500 отливок. Точность размеров отливки и качество поверхности значительно выше, чем при литье в землю. Недостатком способа является трудоёмкость изготовления самого кокиля. Поэтому, он используется в серийном и массовом производстве.

§ 7.2 Получение заготовок методами

обработки металлов давлением

Обработкой давлением называют процессы получения заготовок и деталей машин методами пластического деформирования материалов. Это деформирование осуществляется силовым воздействием соответствующего инструмента на исходную заготовку из пластического материала.

Ковка . Оборудование – ковочные молоты и прессы. Инструмент называется молот. Он может иметь различную форму. Деформирование исходной заготовки осуществляется при ударном воздействии инструмента. Ковка состоит из чередования основных и вспомогательных операций. К вспомогательным операциям относятся периодический нагрев заготовки и смена инструмента. К основным операциям относятся:

1) осадка – это операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади поперечного сечения;

2) протяжка – это операция уменьшения площади поперечного сечения заготовки при увеличении её длины;

3) прошивка – это операция получения полостей или отверстий в заготовке за счёт вытеснения металла;

4) отрубка – это операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру;

5) гибка – это операция придания заготовке изогнутой формы по незамкнутому контуру.

Рис. 7.5 Ковка в подкладных штампах

Для получения ковкой заготовок более сложной формы применяют подкладные штампы (рис. 7.5). На рисунке обозначены: 1 – молот (инструмент), 2 – получаемая заготовка, 3 – подкладной штамп. На рисунке также показана исходная заготовка простой цилиндрической формы. В процессе ковки молот наносит по исходной заготовке удары, осуществляя основные операции ковки. В результате заготовка принимает конфигурацию подкладного штампа. Причем объём и масса исходной и получаемой заготовки одинаковы.

Ковку применяют во всех типах производства, особенно для получения крупногабаритных заготовок. Точность и качество поверхности заготовки после ковки невысоки: 14…17 квалитет, Ra 80.

Объёмная горячая штамповка . Штамповка выполняется на различных прессах. Инструмент для штамповки называется штамп. Штамп предназначен для изготовления одного вида заготовки или детали. Он состоит из двух или трёх частей: одной неподвижной и подвижных. Неподвижная часть называется матрицей, подвижная – пуансоном. В соединённом состоянии части штампа образуют замкнутую полость определённой конфигурации. Схема штамповки показана на рис. 7.6, где обозначены: 1 – части штампа, 2 – полость, которая заполняется штампуемым металлом, 3 – линия разъёма частей штампа.

Рис. 7.6 Объёмная горячая штамповка

В качестве исходных для штамповки принимаются заготовки простой формы: цилиндрической, призматической. В процессе штамповки части штампа сводятся вместе, металл исходной заготовки пластически деформируется и принимает конфигурацию полости. Таким образом, в процессе штамповки могут быть получены заготовки сложной конфигурации, с большим приближением к форме будущей детали. Причём объём исходной и получаемой заготовки одинаков.

Штамп – это сложный и дорогостоящий инструмент. В то же время он применяется для получения одного вида заготовок. Поэтому штамповка применяется в серийном и массовом производстве, где штамп обрабатывает большие партии (сотни или тысячи штук) одинаковых заготовок, и стоимость штампа распределяется на все изготовляемые им заготовки. Преимущества штамповки: большое приближение формы заготовки к форме будущей детали и, соответственно, высокий коэффициент использования металла на операциях резания; высокая производительность; более высокая точность и качество поверхности по сравнению с операциями ковки. Приближение формы заготовки к форме детали сокращает количество операций обработки резанием и, соответственно, уменьшает стоимость механической обработки.

§ 7.3 Получение заготовок из проката

Металлургическая промышленность выпускает прокат различного профиля из различных марок материалов. На рис. 7.7 показаны некоторые 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.

Рис. 7.7 Профили проката

Также существует фасонный прокат более сложного сечения. На машиностроительные предприятия металл поставляется большими партиями. Длина проката может быть различной, обычно от 4 до 9 метров. Для получения конкретной заготовки от проката нужного сечения и размеров отрезается кусок требуемой длины. Например, требуется получить заготовку круглого сечения диаметром 25 мм и длиной 100 мм. Для этого берётся пруток диаметром 25 мм и от него отрезается заготовка в 100 мм длиной, которая затем поступает на механическую обработку. Для резки металла используются различные способы: резка дисковой или ленточной пилой, резка абразивным кругом, газопламенная резка, плазменная резка, рубка на гильотинных ножницах и др.

Заготовки из проката имеют простую форму. Над ними не производится дополнительных заготовительных операций, поэтому они существенно дешевле штамповок. Но такая заготовка обычно не похожа по форме на будущую деталь. Поэтому, деталь полностью изготавливается методами обработки резанием, что приводит к увеличению числа операций резания, снижению коэффициента использования металла и, соответственно, повышению затрат на механическую обработку. Заготовки из проката используются в единичном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда экономически нецелесообразно изготавливать дорогостоящий штамп и тратить время на подготовку производства.

§ 7.4 Сварные заготовки

Сварка – это технологический процесс получения неразъёмных соединений из металлов, сплавов и других однородных и неоднородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых материалов. В качестве исходных заготовок для сварки могут применяться прокат и литьё. Исходные заготовки соединяют друг с другом и сваривают. Вследствие этого сварная заготовка может иметь очень сложную конфигурацию при относительно простой и нетрудоёмкой технологии изготовления.

Вследствие неравномерных температурных полей при сварке и остывании сварные заготовки имеют внутренние напряжения. Поэтому, для снятия напряжений ответственные заготовки необходимо отжигать. Вследствие своей небольшой трудоёмкости и универсальности сварку применяют во всех типах производства. Например, в единичном – для получения заготовок корпусных деталей; в серийном или массовом – для соединения крупногабаритной и мелкой заготовки, для присоединения к базовой детали различных кронштейнов, проушин.

§ 7.5 Завершающие операции заготовительного производства

В основном к завершающим операциям относятся очистка заготовок от остатков формовочной смеси, пригаров, окалины, а также удаление облоя и литников (излишний металл на заготовке). Для этой цели используются пескоструйная, дробемётная очистка, галтовка и травление.

Пескоструйная очистка – это очистка заготовки струёй песка, подаваемого сжатым воздухом. Песчинки, летящие с большой скоростью, сбивают с заготовки остатки формовочной смеси, грязь, окалину, оставляя практически чистую металлическую поверхность. При дробемётной очистке вместо песка используется стальная или стеклянная дробь (мелкие шарики).

Галтовка используется для мелких и средних заготовок. Заготовки и песок или дробь засыпаются в барабан, который начинает вращаться в разных направлениях. В результате заготовки в барабане очищаются.

Травление – это очистка заготовок кислотой (для стали и чугуна) или щёлочью (для алюминия). Это самый качественный, но дорогостоящий метод очистки.

Вопросы для самоконтроля

1) В чём состоит сущность процессов литья?

2) Как получают литейную форму при литье в землю?

3) Из каких материалов изготавливают модель при литье по выплавляемым моделям?

4) При каких процессах литья модель используется многократно?

5) Какой способ литья является самым универсальным?

6) При каком способе литья литейная форма используется многократно?

7) Приведите определение термина «кокиль»?

8) В чём состоит сущность способов обработки металлов давлением?

9) Назовите основные операции ковки?

10) Сколько различных конфигураций заготовок или деталей можно получить при помощи одного штампа?

11) На сколько изменяется объём металла в процессах обработки давлением?

12) В каких типах производства целесообразно использовать поковки? Почему?

13) Какие вы знаете профили проката?

14) Какими преимуществами обладают заготовки из проката?

15) Как получить заготовку из проката?

16) Какими преимуществами обладают сварные заготовки?

17) Что используется в качестве исходных заготовок для сварных заготовок?

18) Какие существуют способы очистки заготовок?

19) Сущность пескоструйной очистки?

20) Сущность галтовки?