Производство заготовок в машиностроении. Машиностроение и механика

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.

Все виды и марки материалов, входящих в состав готового машиностроительного изделия, прежде чем превратиться в него, претерпевают в ходе производственного процесса ряд последовательных структурных и параметрических превращений. В общем случае схема превращения исходных материалов в готовое изделие показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1.

Процессы получения заготовок тесно связаны с последующей размерной обработкой. Трудоемкость последней в большой степени зависит от точности выполнения заготовок и приближения их конфигурации к конфигурации готовых деталей. Поэтому технология машиностроения развивается в направлении комплексного процесса изготовления деталей, включающего получение заготовки и последующую размерную обработку. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства.

Определение понятия детали и сборочной единицы было дано в гл. 2. Дополним их понятиями полуфабриката и заготовки.

Полуфабрикат – конструкционный материал, прошедший одну или несколько стадий обработки (лист, труба, пруток, профиль и т.п.), предназначенный для изготовления заготовок и деталей. Полуфабрикат является промежуточным звеном в цепочке от материалов, до готовой продукции.

Заготовка – предмет производства, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготовляют элементы конструкции изделия. К заготовкам деталей относят: отливку, штамповку, прокатку, ковку и др.

К заготовительным процессам преобразования полуфабрикатов в заготовки относят: разрезку, рубку, правку и т.п.

Правка – операция, связанная с устранением или уменьшением местных и общих деформаций заготовки. Правка проката предшествует его резке на мерные заготовки, которые в некоторых случаях также подвергают правке. Правкой уменьшают припуск па последующую механическую обработку заготовки. Ее выполняют па правильных валках, прессах, правильно-растяжных машинах, правильно-калибровочных станках и т.д. (рис. 6.2).

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

Показанный на рис. 6.2, а станок предназначен для правки любого прутка: холоднотянутого, горячекатаного, гладкого или рифленого, а также резки его в размер. На рис. 6.2, б показан станок для правки крупногабаритного листового материала.

Резку заготовок из проката обычно проводят по упору па ленточнопильных станках, отрезных ножовочных станках, дисковых пилах и др.

В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных работ в машиностроении составляет 40–45% общей трудоемкости производства изделий машиностроения. Главная тенденция в развитии заготовительного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точности их формы и размеров.

Выбор рационального вида заготовок (материала, способа изготовления, конструктивной формы) – один из важнейших факторов борьбы за экономное расходование машиностроительных материалов и снижение себестоимости деталей. Он определяется функциональными требованиями к детали, характером производства, экономической целесообразностью. Существует универсальная технологическая классификация методов изготовления заготовок и деталей, позволяющая в первом приближении начать выбор.

Исходя из конструктивных форм, габаритных размеров, марки материала и необходимого количества выпускаемых деталей в единицу времени определяют метод получения заготовки. При этом основываются только на технологических свойствах данного материала, таких как возможность литья, штампуемость, прессуемость, свариваемость, обрабатываемость резанием. Выбор метода получения заготовки схематично представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3.

В процессе изготовления заготовок и деталей применяют различные виды энергии: механическую, тепловую, акустическую, электрическую, магнитную, световую, химическую, радиационную и др. и их сочетания: электромагнитную, электротермическую, электрохимическую; термомеханическую и др.

Используемые энергетические поля разделяют на стационарные и нестационарные, волновые, импульсные и т.п.

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

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку – это слой материала, необходимый для выполнения всех технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Oneрационный припуск – это слой материала, удаляемый при выполнении одной технологической операции.

Припуск измеряют по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных. В качестве примера на рис. 6.4 показан общий припуск на обработку заготовок (проката, поковки, отливки).

Рис. 6.4.

а – из проката; б – поковки; в – отливки

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

Напуск – это избыток материала на поверхности заготовки сверх припуска, обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев он удаляется последующей механической обработкой, реже остается в детали, например, в виде штамповочных уклонов, увеличенных радиусов закруглений и др.

Все заготовки, независимо от методов их получения, должны иметь минимальный припуск, а следовательно, их геометрические размеры должны приближаться к геометрическим размерам готовых деталей, но при этом обеспечивать заданное по рабочей документации качество (по размерам и шероховатости поверхности). Обеспечение минимального припуска повышает коэффициент использования материала и уменьшает трудоемкость дальнейшей обработки.

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

• химический состав, структура и зернистость материала должны быть одинаковыми по всему объему заготовки для обеспечения стабильности механических и физических свойств материала заготовки;
• все поверхности не должны иметь раковин, трещин, спаев и механических повреждений, которые могут привести к выпуску некачественных деталей;
• поверхности, используемые как базовые на первой операции их обработки, должны быть чистыми, без заусенцев, остатков литников, прибылей, окалины и других дефектов, иначе это приведет к значительным погрешностям установки при дальнейшей обработке или сборке;
• все внутренние напряжения должны быть сняты за счет применения термообработки (обжига).

Комбинированные методы целесообразно применять для изготовления сложных и крупных заготовок. Обычно их расчленяют на отдельные элементы, изготовляемые прогрессивными способами с последующим их соединением сваркой или пайкой. Примеры заготовок: листоштампованные элементы, соединенные точечной или шовной сваркой или пайкой в одну сложную заготовку; полученные газовой резкой элементы из листового проката (или отливки), соединенные шовной сваркой в крупногабаритные заготовки (фундаментальные кольца гидротурбин, рамы стационарных двигателей внутреннего сгорания); штампованные или обработанные резанием заготовки, залитые в одну сложную заготовку (диафрагмы паровых турбин с залитыми лопатками); средние по размеру отливки, соединенные термитной сваркой в одну крупную и сложную заготовку.

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

Заготовкой в машиностроении называют предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхностей и (или) материала изготовляют деталь. Заготовительное производство является неотъемлемой начальной фазой любого машиностроительного производства.

Заготовки принято различать по виду, отражающему характерные особенности базового технологического метода их изготовления. Выделяют следующие виды заготовок:

• 1) получаемые литьем (отливки);
• 2) получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки);
• 3) заготовки из проката;
• 4) сварные и комбинированные заготовки;
• 5) получаемые методами порошковой металлургии.

Заготовка может быть штучной (мерной) или непрерывной, например пруток горячекатаного проката, из которого путем его разрезки в процессе изготовления могут быть получены отдельные штучные заготовки.

Развитие машиностроения привело к появлению еще одного вида заготовок, получаемых из конструкционной керамики.

Заготовка каждого вида может быть получена одним или несколькими методами (способами), родственными базовому. Например, отливка может быть получена литьем в песчаные, оболочковые формы, в кокиль и т.д.

Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации практически из всех металлов и сплавов. Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки.

Обработкой металлов давлением получают кованые и штампованные заготовки, а также машиностроительные профили. Ковку применяют в единичном, мелкосерийном производствах, а также при изготовлении очень крупных, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к объемным свойствам материала. Штамповка позволяет получить заготовки, близкие по конфигурации к готовой детали. Механические свойства заготовок, полученных обработкой давлением, выше, чем литых. Машиностроительные профили изготовляют прокаткой, прессованием, волочением.

Заготовки из проката применяют в единичном и серийном производствах. Прокат выбранного профиля путем разрезки превращают в штучные (мерные) заготовки, из которых последующей механической обработкой изготовляют детали. Совершенство заготовки определяется близостью выбранного профиля проката поперечному сечению детали (с учетом припусков на обработку).

Сварные и комбинированные заготовки изготовляют из отдельных составных элементов, соединяемых с помощью различных способов сварки. В комбинированной заготовке, кроме того, каждый составной элемент представляет собой самостоятельную заготовку соответствующего вида (отливка, штамповка и т.д.), изготовленную выбранным способом по самостоятельному технологическому процессу. Сварные и комбинированные заготовки значительно упрощают создание конструкций сложной конфигурации. Неправильная конструкция заготовки или неверная технология сварки могут привести к дефектам (короблению, пористости, внутреннему напряжению), которые трудно исправить механической обработкой.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требовать лишь незначительной, чаше отделочной обработки.

Заготовки из конструкционной керамики применяют при создании теплонапряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей.

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной заготовкой.

Сведения о заготовках основных видов приведены в приложении 3 .

Выбор заготовки заключается в последовательном определении ее вида и способа изготовления, на основании которых оформляют заказ и разрабатывают технологический процесс ее изготовления.

Выбор заготовки - задача конструктора машины. Принятое им решение является обязательным к исполнению для технолога. Технолог выполняет выбор заготовок, если в конструкторской документации не указаны их вид и способ изготовления. Исходные данные для выбора: чертеж детали с техническими требованиями на изготовление с указанием ее массы и марки материала; годовой объем выпуска, на основании которого делают заключение о предполагаемом типе производства; данные о технологических возможностях и ресурсах производства.

Для типовых деталей машиностроения выбор существенно упрощается: используют только апробированные (типовые) технологические решения. Например, диски газотурбинных установок однозначно получают обработкой давлением.

Выбор осуществляется только при наличии альтернативных решений. Формальные критерии выбора вида заготовки отсутствуют. Выбор начинают с анализа данных о технологических возможностях (ресурсах) производства. При этом учитывают возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования). Плановые сроки подготовки производства также влияют на выбор (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм). Виды заготовок, невозможные для реализации (например, отсутствие собственного литейного производства и невозможность приобретения отливок по кооперации), исключают из рассмотрения. Обычно выбор осуществляют в результате анализа конструкторской документации по отдельным (частным) признакам. В таблице 3.5 приведены основные признаки, наиболее часто используемые при выборе вида заготовки.

Таблица 3.5

Основные признаки, используемые при выборе вида заготовки

	Возможные значения	Приоритетные виды заготовок	Комментарий
Форма детали			Деталь простой формы ограничена цилиндрическими и плоскими поверхностями, не имеет сложных внутренних полостей, ориентирована по какой-либо оси. Пример: ступенчатый вал средних габаритов
			Деталь сложной формы ограничена, кроме прочих, фасонными поверхностями, имеет обширные внутренние полости, в том числе, глухие. Пример: крышка редуктора, блок-картер
Заготовительные свойства материала	Жидкотекучесть: удовлетворительная неудовлетворительная		Наличие в марке материала указания на улучшенные литейные свойства (например, сталь 45Л) делает отливку приоритетным видом заготовки. Заготовки из чугуна могут быть получены только литьем
	Свариваемость: удовлетворительная неудовлетворительная		Заготовительные свойства могут трактоваться более широко - при анализе допустимо использование понятий: «литейные свойства», «пластические свойства». Шкала оценок может быть более дифференцированной
	Пластичность: удовлетворительная неудовлетворительная	ОД, П, ПМ (ОД, П)
	Обрабатываемость резанием: удовлетворительная неудовлетворительная

Окончание

	Возможные значения	Приоритетные виды заготовок	Комментарий
Плотность материала			«Плотность материала» и «ори- ентированность структуры» представляют особые требова- ния к материалу детали. При необходимости множество осо- бых требований к материалу может быть расширено
Ориентированность структуры	Необходима
Удельная стоимость материала			Может быть использован численный критерий. Чем сложнее химический состав материала, тем обычно выше его удельная стоимость
ственность			Деталь высокой ответствен- ности - деталь, выход из строя которой влечет катастрофические последствия, связанные с угрозой для жизни человека
Тип произ- водства	Единичное		При росте серийности произ- водства становятся экономически целесообразными виды заготовок, базовые методы изготовления которых требуют значительных затрат.
	Серийное
	Массовое	О, од, пм,ск

Примечание. О - отливка; ОД - полученная обработкой давлением; П - прокат; СК - сварная или комбинированная; П М - полученная методами порошковой металлургии; () - исключая; * - любая (равноприоритетность видов).

По каждому признаку из всего множества выбора определяют подмножество приемлемых видов заготовки и при возможности устанавливают их приоритеты. При этом используют эвристические правила (табл. 3.6). Равноприоритетность видов заготовок по какому-либо признаку позволяет исключать этот признак из рассмотрения. Выбранный вид обладает максимальным приоритетом из рассматриваемых и находится на пересечении указанных подмножеств. Если они не пересекаются, идут на необходимый компромисс. Ввиду малой мощности множества выбора принятое решение зачастую однозначно и не требует оптимизации. При выборе вида заготовки (особенно при наличии альтернатив) решение можно принимать на основании сопоставления значений экономически эффективных объемов выпуска (табл. 3.7).

Таблица 3.6

Основные правила выбора вида заготовки

Форма детали	Если форма детали сложная, то выбранный вид заготовки должен обеспечить максимальное приближение последней к форме готовой детали
Заготовительные свойства материала	Приоритетное заготовительное свойство делает приоритетным соответствующий вид заготовки. При равнопри- оритетности свойств предпочтение отдается наиболее экономичному виду
Особые требования к материалу детали	Наличие особых требований к материалу детали делает приоритетным вид заготовки, обеспечивающий выполнение этих требований
Удельная стоимость материала	Чем выше удельная стоимость материала, тем более приоритетен вид заготовки, максимально приближающий ее форму к форме готовой детали
Ответственность	Ответственность детали делает приоритетным технический принцип принятия технологических решений
Тип производства	Чем больше объемы выпуска деталей (заготовок), тем более технически сложнореализуемые виды заготовки становятся экономически оправданными

Таблица 3.7

Экономически эффективные объемы выпуска заготовок из порошковых материалов на основе железа, шт./год

сложности заготовок
		без калибровки				с калибровкой
		Масса заготовки, г

3.4. Выбор и обоснование метода изготовления заготовки 107

Окончание

сложности заготовок	Сопо- ставля- емый вид заготовки	Объем выпуска заготовок из порошковых материалов
		без калибровки				с калибровкой
		Масса заготовки, г
	Обработ- ка дав- лением (штам- повка)

Пример 3.7. Деталь планка (рис. 3.4) является элементом сборочного приспособления. В процессе эксплуатации испытывает незначительные статические нагрузки. Материал: сталь 45. Тип производства: серийное.

Результаты анализа по основным признакам, используемым при выборе вида заготовок, представлены в табл.3.8.

Рис. 3.4.

Таблица 3.8

Результаты анализа

Вывод. Вид заготовки - прокат.

Пример 3.8. Деталь рычаг (рис. 3.5) является элементом трансмиссии строительного механизма. В процессе эксплуатации испытывает знакопеременные изгибающие нагрузки. Материал: сталь 45Л. Тип производства: крупносерийное.

Рис. 3.5.

Результаты анализа представлены в табл.3.9.

Таблица 3.9

Результаты анализа

Вывод. Вид заготовки - отливка.

Пример 3.9. Деталь кулачок (рис. 3.6) является элементом коман- доаппарата специзделия. Материал: сталь 20Х. Тип производства: серийное.

Рис. 3.6.

Результаты анализа представлены в табл. 3.10.

Таблица 3.10

Результаты анализа

Вывод. Вид заготовки - обработка давлением.

Система признаков, используемых при выборе вида заготовки (см. табл. 3.5), является открытой и при необходимости может пополняться.

После выбора вида выбирают способ изготовления заготовки. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения напусков и припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как при их изготовлении не требуется сложная и дорогая технологическая оснастка, однако при изготовлении таких заготовок необходима последующая трудоемкая обработка и повышенный расход материала.

При выборе способа изготовления заготовка еще не спроектирована, поэтому используют данные о конструктивно-технологических параметрах детали, при необходимости загрубляя их.

Выбирая способ литья, учитывают марку материала, массу, габариты детали (заготовки), минимальную толщину стенки отливки, площадь или максимальную протяженность стенки, минимальный диаметр и максимальную глубину как сквозных, так и глухих отверстий, заданные значения показателей качества отливки.

При выборе способа обработки давлением исходят из класса детали, массы детали (заготовки), габаритов, наличия отверстий в боковых стенках, наличия внутренних полостей и фланцев, заданных значений показателей качества заготовки.

При выборе заготовок полезны такие практические рекомендации:

• 1. В единичном серийном производствах стальные валы при разнице диаметров ступеней до 10 мм целесообразно изготавливать из круглого горячекатаного проката. При большей разнице заготовку следует выполнять ковкой в подкладных открытых штампах или горячей объемной штамповкой в закрепленных открытых штампах.
• 2. Заготовки чугунных втулок, фланцев, шестерен и других деталей, имеющих форму тел вращения с осевыми отверстиями, целесообразно получать литьем в песчаные формы по деревянным или металлическим моделям при машинной формовке, а также литьем в кокиль. С увеличением объемов выпуска становится оправданным применение центробежного литья. Отверстие проливают, если его диаметр у детали более 30 мм.
• 3. При наружном диаметре тех же деталей до 60-70 мм, но стальных, их изготавливают из горячекатаных прутков.
• 4. При наружном диаметре тех же деталей более 60-70 мм заготовку целесообразно получать ковкой в подкладных открытых штампах или горячей объемной штамповкой в закрепленных открытых штампах. При этом отверстие прошивают, если его диаметр у детали более 30 мм, а длина не превышает двух диаметров.
• 5. Заготовки чугунных рычагов, вилок, кронштейнов получают литьем в песчаные формы при машинной или ручной формовке, в большинстве случаев по деревянным моделям. Отверстия в бобышках проливают, если их диаметры у деталей более 30 мм.
• 6. Заготовки стальных рычагов, вилок, кронштейнов обычно получают свободной ковкой с напусками, упрощающими их форму, но увеличивающими объем механической обработки.
• 7. Заготовки чугунных корпусных деталей получают чаще всего литьем в песчаные формы по деревянным моделям при ручной или машинной формовке.

Даже внутри одного вида заготовок число конкурирующих альтернативных способов изготовления может быть значительным. Наиболее целесообразно выполнять селекцию альтернативных решений о способе изготовления заготовки по результатам технико-экономического анализа.

При сравнении заготовок разных видов и способов изготовления можно пользоваться следующими критериями:

1) максимума коэффициента использования материала К им: предпочтительнее тот способ, для которого значение АГ ИМ больше:

где А" им/ - коэффициент использования материала при /-м способе изготовления заготовки; m 3i - масса заготовки при /-м способе ее изготовления; /и д - масса детали;

2) минимума материалоемкости: предпочтительнее тот способ, для которого масса заготовки т 3 минимальна:

Снижение материалоемкости Ат. при использовании выбранной заготовки по сравнению с любым /-м ее вариантом:

Для самых предварительных приближенных оценок альтернативных способов изготовления заготовок одного вида можно воспользоваться критерием минимума относительной стоимости заготовок Z 0:

где Z 0i - относительная стоимость заготовки для /-го способа; U t - относительная удельная стоимость заготовки при i-м способе изготовления (табл. 3.11).

Таблица 3.11

Относительная удельная стоимость отливок

Окончание

Примечание. В реальных производственных условиях значения относительной удельной стоимости могут существенно отличаться от табличных!

Учитывая, что ЛГ ИМ/ = m a /m 3i , запишем:

Предварительный выбор вида и способа получения заготовок может и не привести к единственному варианту В этом случае целесообразно наметить для альтернативных вариантов типовые процессы изготовления (как собственно исходной заготовки, так и детали) и далее выполнить экономическое сравнение вариантов, по результатам которого принять окончательное решение.

Экономическое сравнение вариантов заготовок при принятии окончательного решения можно выполнять:

• 1) по технологической себестоимости заготовки;
• 2) цеховой себестоимости заготовки;
• 3) себестоимости изготовления детали;
• 4) приведенным затратам на изготовление заготовки;
• 5) приведенным затратам на изготовление детали.

Технологическая себестоимость заготовки отражает расходы, связанные с выполнением процесса ее изготовления в конкретных производственных условиях (в данном цехе), составляя при этом лишь часть цеховой себестоимости. Сравнения по технологической себестоимости возможно лишь тогда, когда производство заготовок по сравниваемым вариантам осуществляется в цехах одного типа (литейных, кузнечных, сварочных). Технологическая себестоимость заготовки

где С зп - основная и дополнительная заработная плата рабочих заготовительного производства; С 0 - затраты на эксплуатацию, содержание и ремонт оборудования; С со - затраты на содержание и ремонт оснастки; С к - затраты на эксплуатацию и ремонт производственных зданий; С а - затраты на амортизацию оборудования и оснастку.

Технологическая себестоимость заготовки может быть определена приближенно:

где С ч/ - норматив производственных затрат, приходящихся на один час работы заготовительного оборудования, занятого в/-й операции; / шт, - норма времени на /-ю операцию изготовления заготовки.

Цеховую себестоимость заготовки С цз используют при сравнении ее различных видов и способов (литье и обработка давлением; литье в песчаные формы, литье под давлением и т.д.):

где С м - затраты на материалы; С зп - заработная плата основных и вспомогательных рабочих заготовительного производства; Z - накладные цеховые расходы (Z= 150-800%).

где С, - стоимость 1 кг материала; /я м - общая масса материала, расходуемого на одну заготовку; Ц 03 - цена 1 кг реализуемых отходов; /я 03 - масса реализуемых отходов.

Более точно, чем (3.10), цеховую себестоимость можно определить как

где С тз - технологическая себестоимость заготовки; С м - затраты на материалы; Суз - общецеховые расходы определяются по стоимости работы оборудования (рабочего места) за 1 ч.

Сравнение по цеховой себестоимости может быть рекомендовано для относительно однородной продукции.

Себестоимость изготовления детали дает более полную картину взаимосвязанных затрат на производство заготовки и ее последующей механической обработки. Расчеты себестоимости следует проводить только по тем статьям затрат, которые изменяются в сопоставляемых вариантах. Затраты на основные материалы и заработную плату основных рабочих составляют до 80% себестоимости, поэтому сравнение вариантов изготовления детали при различных исходных заготовках можно проводить по этим двум статьям. Себестоимость изготовления детали

где М - затраты на материалы; L - заработная плата основных рабочих, занятых обработкой заготовок.

Стоимость основных материалов (заготовок) с учетом утилизации отходов определяют по формуле

где // заг - цена заготовки, руб./шт.; т 0 - масса отходов на одну деталь, кг/шт.; Ц 0 - цена отходов, руб./кг.

Цены материалов, заготовок и отходов определяют по действующим оптовым прейскурантам:

где /я 3 - норма расхода материала на одну деталь (масса заготовки), кг/шт.; Ц м - действующая оптовая цена единицы массы материала, руб./кг; К ТЗ - коэффициент транспортно-заготовительных расходов (1,05-1,08 для черных металлов; 1,00- 1,02 для других металлов).

Численно

где /я д - масса детали, кг.

Стоимость вспомогательных материалов М нс определяют по заводским нормам расхода и по соответствующим прейскурантам на материалы с добавлением транспортно-заготовительных расходов (8-10%).

Расчет по (3.8)-(3.16) может быть выполнен с использованием данных .

Выбор исходной заготовки связан с принятием соответствующего технологического решения, реализация которого требует обязательных производственных затрат.

Приведенные затраты П г относящиеся к /-му варианту любого технологического решения, определяют по формуле

где Су - себестоимость продукции при/-м варианте технологического решения; Kj - капитальные вложения по/-му варианту; Е- коэффициент сравнительной экономической эффективности.

До 1990-х гг. при определении приведенных затрат использовали нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности Е н. Для машиностроения?„ = 0,12. Нормативно задаваемый при этом срок окупаемости дополнительных капитальных вложений равен 8,3 года.

При наличии нескольких вариантов технологического решения лучшему из них соответствует меньшее значение приведенных затрат. Значение Е выбирают в диапазоне 0,12 1. Большему значению Е соответствует меньший срок окупаемости дополнительных капитальных вложений. Этот срок может быть ограничен, например, сроком погашения кредита, взятого в том числе и для реализации рассматриваемого технологического решения.

Выбор заготовок чаще всего проводят по приведенным затратам на изготовление детали. Вместе с тем возможно использование в качестве критерия и одного из слагаемых в (3.17). Заготовку могут выбирать, например, по минимуму величины суммарной технологической себестоимости изготовления детали С? :

где С тз - технологическая себестоимость заготовки; С 0 -стоимость механической обработки.

Методика определения технологической себестоимости заготовки изложена выше.

Стоимость механической обработки (С 0),- на рассматриваемой /-й операции определяют по формуле

где / шт/ - штучное время на / операции механической обработки, мин; 0 пз; - часовые приведенные затраты на работу оборудования, используемого в /-й операции, руб./ч.

где t oi - суммарное основное время для рассматриваемой /-й операции;

Таблица 3.12

Значения коэффициента

Окончание

Часовые приведенные затраты, связанные с эксплуатацией станка данной группы и типа, определяют по формуле

где 3 он - основная и дополнительная заработная плата оператора и наладчика за физический час работы оборудования с учетом отчислений на социальное страхование, руб./ч; к мо - коэффициент многостаночного обслуживания (табл. 3.13); О рм - часовые затраты на эксплуатацию рабочего места, руб./ч; Е- коэффициент сравнительной экономической эффективности; К оЬ - капитальные вложения в оборудование, отнесенные к часу его эксплуатации, руб./ч; ^ - капитальные вложения в производственные здания, отнесенные к часу эксплуатации оборудования, руб./ч.

Таблица 3.13

Значения коэффициента многостаночного обслуживания /с мо

Окончание

Основную и дополнительную заработную плату оператора и наладчика за час работы оборудования с учетом отчислений на социальное страхование предложено определять по формуле

где / 0 - часовая тарифная ставка оператора (станочника) соответствующего разряда; к и - коэффициент, учитывающий зарплату наладчика. Если наладку станка выполняет сам станочник, например в единичном и серийном производствах, то к н = 1,0. В массовом производстве к н = 1,1 - 1,15.

Часовую тарифную ставку определяют по действующим тарифноквалификационным справочникам или нормативам, устанавливаемым отделом труда и заработной платы предприятия. Учитывают условия труда и форму его оплаты (сдельную или повременную).

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места О определяют по формуле

где О - часовые затраты на эксплуатацию базового рабочего места при двухсменном режиме работы, руб./ч; Л чз - коэффициент часовых затрат, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с эксплуатацией данного рабочего места (станка), больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

При соответствующем выборе базового рабочего места для определения значения О рм можно воспользоваться соотношением

где К мч - коэффициент машино-часа (табл. 3.14.). Для базового рабочего места К мч = 1,0. При пониженной загрузке станка (коэффициент загрузки менее 0,6) возможна коррекция величины 0 рм в сторону уменьшения.

Для оценки капитальных вложений в оборудование и производственные здания, отнесенных к часу эксплуатации оборудования (К 0б и ^соответственно), предполагаются следующие соотношения: для серийного производства:

для массового производства:

где Z/ o6 - оптовая цена оборудования, руб.; - коэффициент транспортнозаготовительных расходов (? тз = 1,10-1,15); 5 П - производственная площадь, занимаемая оборудованием с учетом проходов, м 2 ; С ш - стоимость 1 м 2 производственной площади, руб/ м 2 ; q - принятое число станков на операции; / шт - штучное время, мин; В г - годовой объем выпуска деталей, шт.

Таблица 3.14

Значения коэффициента машино-часа К мч для станков различных групп и типов

Группы, типы станков		Группы, типы станков
Отрезные, работающие: круглой пилой ножовочным полотном		Расточные с диаметром выдвижного шпинделя, мм:
Токарно-винторезные при наибольшем диаметре обрабатываемой детали, мм: 300 800 2 000 4 000
		Сверлильные с наибольшим диаметром сверления, мм:
Токарно-револьверные при наибольшем диаметре обрабатываемого прутка, мм:		Фрезерные с размерами рабочей поверхности стола, мм: 320 х 1 250 1 830 х 3 965 2 500 х 8 500
Токарные многорезцовые полуавтоматы при наибольшем диаметре обрабатываемой детали, мм:		Продольно-строгальные с размерами рабочей поверхности стола, мм: 1 250 х 6 000 ЗбООх 12 000
		Поперечно-строгальные

Окончание

Группы, типы станков		Группы, типы станков
Многошпиндельные токарные полуавтоматы: шестишпиндельные четырехшпиндельные		Долбежные
		Протяжные:
Токарно-револьверные многошпиндельные автоматы при наибольшем диаметре прутка, мм:		Зубообрабатывающие при наибольшем диаметре обрабатываемых колес, мм:
То карно-карусельные при наибольшем диаметре обрабатываемой детали, мм: 650 2 000 5 000 10 000	4.5 11,0	Плоскошлифовальные
		Бесцентрово-шлифовальные
		Круглошлифовальные при наибольшем диаметре обрабатываемой детали, мм:
		Заточные

Производственную площадь, занимаемую оборудованием, с учетом проходов определяют по формуле

где 5 0б - производственная площадь, занимаемая оборудованием; к дп -коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы, проезды и др.). Значение к дп зависит от величины S o6:

где п - число операций механической обработки заготовки в технологическом процессе изготовления детали.

Использование изложенной методики при выборе заготовок требует предварительного определения состава ТП изготовления детали, определения режимов обработки, а также экономических характеристик эксплуатации рабочего места для каждой операции.

Применяемая в МГТУ им. Н.Э. Баумана методика выбора варианта заготовки базируется на использовании критерия минимума приведенных затрат на изготовление детали. Сравнение вариантов заготовок выполняют попарно: сравнивают базовый и предлагаемый (новый) варианты. Расчет ведут для одной детали.

Технологическую себестоимость изготовления одной детали С д определяют по формуле

где Л/ д - стоимость материалов, расходуемых на изготовление одной детали; 3 0 - заработная плата рабочих, занятых обработкой заготовок; А оЬ - амортизационные отчисления на оборудование.

Полагают, что стоимость материалов, расходуемых на изготовление одной детали, определяется стоимостью материала заготовки:

где /я р - норма расхода материала; /я 3 - масса заготовки (/я р * /я 3).

Более точным является первое выражение, и при наличии данных о нормах расхода следует применять его. При отсутствии таких данных можно воспользоваться второй формулой.

Для базового и нового вариантов заготовок по формуле (3.29) определяют соответствующие значения стоимости материалов М д и Л/“ .

Заработную плату рабочих, занятых обработкой заготовки, определяют по формуле

где / ср - среднее значение часовой тарифной ставки рабочего, руб./ч; Г д - трудоемкость механической обработки заготовки, ч.

Значение Г д может быть определено суммированием штучнокалькуляционных времен по операциям процесса механической обработки детали для каждого из сравниваемых вариантов. При известной трудоемкости процесса обработки базового варианта заготовки Т ® значение трудоемкости для нового варианта может быть определено по формуле

где /и®, /и" - масса заготовки по базовому и новому варианту соответственно.

Амортизационные отчисления Л о6 определяют как сумму отчислений по каждой единице оборудования, используемого в процессе обработки заготовки:

где A^j - амортизационные отчисления по j -й единице оборудования, используемого в операции /; q - число единиц оборудования, используемого в операции /; т - общее число операций в процессе обработки заготовки.

Балансовая стоимость каждой единицы оборудования А г бо, отнесенная к конкретной операции обработки заготовки, может быть определена по формуле

где Я об - оптовая цена оборудования; к ТЗ - коэффициент транспортнозаготовительных расходов, к п = 1,05... 1,10; - коэффициент занятости данной

единицы оборудования выполнением обработки данной заготовки.

где / шт - штучное время, мин; F д - действительный годовой фонд рабочего времени оборудования в зависимости от выбранного режима работы, ч; ? 3 - коэффициент загрузки оборудования.

Для единичного производства к ъ = 0,8...0,9; среднесерийного к 3 = 0,65...0,75; массового - к 3 = 0,6...0,65. Амортизационные отчисления для единицы оборудования

где a Q - процент амортизационных отчислений.

Если в /-й операции используют q единиц одинакового оборудования у, то

Капитальные вложения для каждого из сравниваемых вариантов процессов изготовления деталей определяются как суммарная балансовая стоимость используемого на каждой операции оборудования, отнесенная к одной детали:

Приведенные затраты Я; на изготовление детали из заготовки соответствующего варианта определяют по формуле:

Полученные значения приведенных затрат для базового (Я 6) и нового (ГР 1) вариантов сравнивают. Более предпочтителен вариант заготовки, соответствующий меньшему значению приведенных затрат на изготовление детали.

В случае если, например, новый вариант заготовки более предпочтителен, чем базовый (Я 6 > ГГ), экономический эффект (3), отнесенный к одной детали, можно определить по формуле:

Годовой экономический эффект Э г от использования более предпочтительного варианта заготовки

где В г - годовой объем выпуска деталей.

При необходимости могут быть определены дополнительные экономические показатели, например срок окупаемости ^дополнительных капитальных вложений:

Представленные методики отражают лишь затратную сторону технологического решения, связанного с выбором заготовки. Для объективного выбора наиболее эффективного решения более предпочтительны критерии, отражающие не только затратную сторону, но и полезный эффект решения. Наиболее перспективно применение относительных критериев типа «полезный эффект/затраты».

При выборе заготовок в качестве такого критерия могло бы быть использовано отношение

где (АГ И А - коэффициент использования материала для у-го варианта заготовки; П j - приведенные затраты на изготовление детали из заготовки j -го варианта.

Более предпочтительному варианту заготовки соответствует большее значение K B2j . В зависимости от конкретных технологических задач могут быть использованы и другие характеристики полезного эффекта, связанного с рациональным выбором заготовок.

При выполнении проекта целесообразно кратко пояснить применение выделенной методики выбора заготовки . Для объективности выбора лучше выполнить необходимые расчеты по двум различным методикам, сопоставить и проанализировать их результаты.

При выборе заготовок в курсовом проекте затруднение часто вызывает отсутствие информации о технико-экономических показателях заготовительного производства, к тому же непрерывно изменяющихся в зависимости от общей экономической ситуации. Возможно использование данных из различных (в том числе и производственных) источников, относительных величин, биржевой информации и др. .

Наибольшую ценность этого этапа проектирования представляет овладение методическим подходом к выбору заготовок.

Классификация методов получения заготовок

Заготовка

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

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

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

Основные способы изготовления заготовок приведены на рисунке 1.

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

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

.

Под

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

Литье

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

Обработка пластическим деформированием

- технологические процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.

Сварка

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

Резание

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

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

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

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

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

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

Критерии выбора

метода получения исходных заготовок чаще всего определяются производственной программой:

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

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

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

Основные методы получения исходных заготовок :

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

Производство заготовок литьем

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

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

Литье в песчано-глинистые формы

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

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

Литье в оболочковые формы

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

Литье в кокиль

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

Литье по выплавляемым моделям .

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

Литье под давлением .

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

Литьем вакуумным всасыванием

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

Центробежное и другие виды литья

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

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

Непрерывным и полунепрерывным

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

Электрошлаковым литьем

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

Литьем выжиманием

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

Штамповкой из расплава

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

Производство исходных заготовок пластическим деформированием

Машинную ковку производят

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

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

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

Штамповка

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

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

Листовая штамповка

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

Фасонную

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

Высадка

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

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

Исходные заготовки, получаемые методом порошковой металлургии

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

Металлокерамические материалы .

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

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

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

Окончательный выбор метода устанавливают на основе расчетов:

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

Вопросы и задания для самоконтроля

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