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

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

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

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

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

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

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

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

ТИПЫ И ФОРМЫ ПРОИЗВОДСТВА И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЕГО ПОДГОТОВКИ

ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА

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

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

К з.о = О/Р, (1.1)

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

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

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

К 3 . 0 = =2,1.

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

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

Технические характеристики различных типов производства заготовок

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы

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

2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?

3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?

4. Какие существуют формы организации технологических процессов?

5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте ее назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

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

ЗАГОТОВКА, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

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

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

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

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

ПРИПУСКИ, НАПУСКИ И РАЗМЕРЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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

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

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

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

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

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

КАЧЕСТВО ЗАГОТОВОК

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

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

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

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

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

Точность заготовок

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

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

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

Качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЗАГОТОВОК

Основные понятия технологичности

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

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

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

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

Показатели технологичности

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

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

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

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

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

Т пр = T тип
(3.1)

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

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

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

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

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

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

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

К и.м = G д / G p , (3.3)

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

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

К в.г = G 3 / G p , (3.4)

где G 3 - масса заготовки;

К в.г = G д / G з . (3.5)

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

К и.м = К в.г К в.т . (3.6)

Обеспечение технологичности заготовок на стадии проектирования

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы

1. Что такое заготовка? Как классифицируют заготовки?

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

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

4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?

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

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

7. Что понимают под технологичностью заготовки и какими показателями она

оценивается?

8. Как обеспечивается технологичность заготовок на стадии проектирования?

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4.1. Макроструктура зубчатых колес, изготовленных:

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

1 - благоприятное и 2 - неблагоприятное расположе­ние волокон

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

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

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

Основные принципы выбора способа получения заготовок

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

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

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

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Форма и размеры заготовки

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

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

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

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

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

Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

Технологические свойства материала заготовки

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

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

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

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

Программа выпуска продукции

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

С заг = а + b / П (4.1)

или производственной партии:

С = а П + b, (4.2)

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

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

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

П 1 , П 2 - критические значения размеров пар­тии

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

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

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

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

Производственные возможности предприятия

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

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

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

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

Длительность технологической подготовки производства

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

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

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

МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

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

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

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

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

Повышение эффективности производства за счет внедрения прогрессивной технологии, обеспечивающей полное использование средств труда, предметов труда и низкие издержки производства, становится все более актуальной проблемой. Научно обоснованный выбор наиболее рационального варианта получения заготовки связан с учетом затрат общественного труда, специфики отраслей и предприятий и технических требований к готовому продукту. При этом особое внимание должно быть уделено определению экономической эффективности и рациональных областей применения прогрессивных технологических процессов, оборудования, оптимизации общественных затрат, сроков разработки и освоения новой технологии.

В связи с ростом объемов выпуска продукции машиностроения важнейшей задачей является снижение до минимума доли механической обработки в общей трудоемкости изготовления машин на основе повышения точности заготовки, приближения их форм и размеров к готовым деталям. Это обеспечивает не только снижение трудоемкости производства машин, но и экономию металла, улучшает качество деталей, повышает их эксплуатационную надежность и экономичность.

В производственном процессе изготовления машин наиболее трудоемкой является механическая обработка, удельный вес которой составляет, например, в тяжелом машиностроении в среднем 12-15 %. Такое положение приводит к тому, что отходы производства в виде стружки составляют 19,3 % от общего потребления черных металлов. Это вызвало необходимость разработки и внедрения новых, материалосберегающих процессов получения заготовок с достаточно точными размерами и малой шероховатостью поверхности, требующих незначительной механической обработки или не нуждающихся в ней.

По-прежнему наиболее эффективными способами литья являются литье по выплавляемым моделям (экономия при замене литья в разовые песчаные формы - 12 %, при замене металлопроката - до 70 %) и литье в оболочковые формы (взамен литья в разовые песчаные формы - 6 %). Основной резерв экономии материала и повышения эффективности в литейном производстве заключен в широком внедрении машинных способов получения отливок. Так, при изготовлении отливок вручную припуски на механическую обработку составляют 30-40 % от их черновой массы, в то время как применение современной техники позволяет сократить припуски до 12-17 % .

Прогрессивным способом получения заготовок является электрошлаковое литье, которое позволяет за счет применения кокиля снизить припуски на обработку, уменьшить массу заготовок и, что особенно важно, улучшить их качество. Так, ведущие колеса промышленных тракторов ранее изготавливали из поковок массой 1,7 т. Перевод их изготовления с ковки на электрошлаковое литье позволил снизить допуски и припуски до минимальных и довести массу заготовки до 0,45 т. Экономия металла при этом составила 1,25 т на каждую деталь, коэффициент использования металла составил 0,98, т. е. увеличился в четыре раза.

Электрошлаковое литье применяют вместо ковки из проката в производстве деталей для энергетического оборудования (арматуры, патрубков, крышек, фланцев, корпусов и др.).

В области производства поковок характерными направлениями развития технологии для отраслей массового и крупносерийного производств являются следующие.

1. Дальнейшее развитие и совершенствование процессов открытой штамповки на универсальных и специализированных машинах.

2. Развитие и широкое внедрение процессов закрытой штамповки.

3. Развитие и расширение области применения разновидностей прокатки (в частности, штучных заготовок).

4. Создание и освоение комплексных процессов и автоматических линий с замкнутым циклом производства.

Для единичного и мелкосерийного производств основным направлением развития изготовления поковок является дальнейшее совершенствование и широкое внедрение группового метода, позволяющего повысить серийность изготавливаемых деталей, а следовательно, дающего возможность применять такие прогрессивные способы, как штамповка выдавливанием, в разъемных матрицах и т.д., ранее эффективные только при массовом производстве.

Основой группового метода является классификатор, составляемый по конструктивно-технологическому признаку так, чтобы при обработке группы можно было бы использовать общность процесса с применением однотипного оборудования, общей оснастки, приспособлений при одинаковой подготовке и настройке машины . Это дает возможность конструктору разрабатывать, проектировать детали с учетом классификатора, стремиться при этом «вписать» данную деталь в те или иные классы или группы (табл. 2.25).

Таблица 2.25 Прогрессивные способы малоотходной технологии

На отечественных предприятиях широкое распространение получают прогрессивные технологические процессы, направленные на снижение расхода металла и получение высококачественных заготовок. Основные особенности некоторых технологических процессов, получивших распространение в последнее время.

Значительную часть заготовок из стали, чугуна и цветных металлов получают литьем в разовые, постоянные и полупостоянные формы.

К разовым относятся стержневые или песчаные формы (земляные формы), оболочковые формы и формы для литья по выплавляемым моделям.

Песчаные формы изготавливают в опоках или почве ручным и машинным способами. При машинном формовании трудоемкость снижается в 10 раз и более. Одним из показателей технологических возможностей литья в земляные формы является минимальная тол- шина стенки отливки, которая в среднем составляет 6 мм: для чугуна серого - 5 мм, ковкого - 4 мм, для стали - 7 мм, для бронзы - 3 мм. Отверстия заготовок в этом случае образуются благодаря соответствующим стержням (вставкам). Для отливок серийного и массового производства стержни имеют диаметр не менее 30 мм, а для единичного и мелкосерийного производства - не менее 50 мм. Хотя литье в земляные формы имеет сравнительно невысокую точность (14-17-й квалитеты) и значительные припуски на обработку, оно широко применяется для деталей сложной формы из-за дешевизны литых заготовок.

При литье в оболочковые формы стержни изготавливают с использованием в качестве связки жидкого стекла, после чего их собирают, образуя требуемую форму, и заполняют последнюю жидким металлом. При таком виде литья припуски уменьшаются на 25… 30 %, а трудоемкость обработки резанием - на 20…25 % в сравнении с обычным литьем в земляные формы. Шероховатость поверхности отливок На 20… 5 мкм. Такая высокая точность отливок в оболочковые формы позволяет исключить обработку резанием многих поверхностей, а черновую обработку заменить шлифованием. Этот способ литья широко применяют для деталей массой до 100 кг. Процесс получения оболочковых форм прост, высокопроизводителен и удобен для автоматизации. Оболочковую форму обычно собирают из двух половин (склеивают термореактивными клеями) на одно- и многопозиционных полуавтоматах производительностью до 400 полуформ в час. Форма имеет прочные тонкие стенки (толщиной 5…8 мм) из песчано-смоляных смесей (92…95% кварцевого песка и 8… 5 % термореактивной смолы типа бакелит).

Толщина стенок заготовок, отлитых в оболочковые формы, для стали - 5 мм, алюминиевых сплавов - 2 мм, чугуна - до 3 мм. Точность отливок - 13-й квалитет, шероховатость поверхности Ка 10… 2,5 мкм. Область применения - серийное и массовое производство, стоимость оболочкового литья примерно в 2 раза выше земляного.

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления заготовок небольшой массы (до 3 кг), отличающихся высокой точностью, сделанных из высоколегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов Основная цель применения такого литья - максимальное сокращение механической обработки заготовок. Точность - 12-й квалитет, шероховатость поверхности Яа 10… 2,5 мкм. Особенно эффективен этот способ литья при изготовлении заготовок сложной формы, например лопаток турбин, зубчатых колес, лопастей колес вихревых насосов и т.п.

Модель изготавливают из стеарин-парафина в специальной пресс-форме и после затвердевания окунают в жидкую огнеупорную массу, а затем обсыпают промытым кварцевым песком. На поверхности модели образуется слой из жидкой огнеупорной массы и прилипшего песка, который просушивают, потом операцию повторяют до получения нужной толщины стенки огнеупорной формы. Для увеличения производительности труда целесообразно в одной форме отливать группу заготовок по выплавляемым моделям, собранным в так называемую «елку». Трудоемкость и себестоимость литья по выплавляемым моделям зависят от годового выпуска изделий и степени механизации.

Литье в кокиль применяют в основном для изготовления заготовок из цветных сплавов, так как более высокая температура плавления черных металлов вызывает интенсивное изнашивание дорогостоящего кокиля. Последний представляет собой постоянную металлическую разъемную форму, охлаждаемую водой.

Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве, оно обеспечивает точность в пределах 12 - 14-го квалитетов и шероховатость поверхности отливок На 20… 2,5 мкм. По сравнению с литьем в землю кокильное литье повышает производительность труда в 2 раза, а затраты на формовочные материалы снижаются в 2,5 раза.

В массовом производстве заготовки получают с использованием автоматических многопозиционных установок, на которых осуществляются операции подготовки кокилей и их заливка, выбивка и транспортирование отливок к очистным агрегатам.

Припуск на механическую обработку отливок в кокиль находится в пределах 2…2,5 мм, а литейные уклоны - 2°… 2° 30′.

Литье под давлением в металлические формы применяют для изготовления из цветных сплавов сложных тонкостенных отливок с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок. Пресс- формы из жаростойких сплавов допускается нагревать до 1 ООО «С. Поэтому таким способом изготавливают отливки из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, латуни и бронзы. Отливки имеют мелкозернистую структуру, вследствие чего прочность их в 1,5 раза выше, чем у отливок в землю. Литье под давлением является наиболее высокопроизводительным способом получения литых заготовок.

Заготовки, полученные литьем под давлением, имеют точность по 11 - 12-му квалитетам и шероховатость Ка 5…0,63 мкм. Литье под давлением - высокопроизводительный процесс (200 -400 отливок в час), который выполняется на специальных машинах с применением сложной оснастки. Жидкий металл подается в пресс- форму под давлением 100 МПа. Стойкость пресс-форм составляет для цинкового литья 150000 отливок, для медного - 5000.

Для получения более высокого качества отливок в виде полых тел врашения применяют литье на центробежных машинах. Особенностью этого процесса является образование внутренних полостей без применения стержней.

Центробежным способом получают заготовки из чугуна, стали, бронзы, алюминиевых и других цветных сплавов. Точность отливок по ] 3 - 15-му квалитетам, шероховатость поверхности Па 40… 10 мкм. Преимущества способа по сравнению с литьем в землю - уменьшение расхода жидкого металла до 50 % и уменьшение массы заготовки до 40 %.

Получение заготовок обработкой давлением.

В производстве широко используют единичные заготовки, полученные методом пластического деформирования металла. Основные разновидности этого метода - свободная ковка, штамповка на молотах и прессах, чеканка (калибрование), высадка на горизонтально-ковочных машинах, вальцовка на ковочных вальцах, поперечно-винтовая Прокатка, редуцирование на ротационно-ковочных машинах, холодная высадка на автоматах и штамповка выдавливанием.

Свободной ковкой , осуществляемой на молотах и гидравлических прессах без применения штампов с подогревом заготовки до температуры пластического деформирования, получают поковки массой от нескольких килограмм до сотен тонн в условиях единичного и мелкосерийного производства. Полученные заготовки имеют большие припуски и напуски для обработки резанием, точность их низкая (порядка 17-го квалитета), а дефекптый слой весьма значительный. Этот способ пластического деформирования - грубый, но универсальный и дешевый.

Горячую объемную штамповку с подкладными штампами используют как дополнительную операцию, повышающую точность и производительность свободной ковки при изготовлении мелких и средних заготовок. Применение подкладных штампов рентабельно при минимальных партиях заготовок 50 - 200 шт.

Штамповку можно выполнять на открытых (облойных) и закрытых (безоблойных) штампах на молотах и штамповочных прессах. Масса заготовки до 100 кг. Штампы могут быть одноручьевыми и многоручьевыми. На последних можно получить весьма сложные заготовки с большим перераспределением объемов металла. Пример получения заготовки зубчатого колеса в закрытых и открытых Штампах показан на рис. 6.2.

Горячая штамповка в открытых штампах (рис. 6.2, о) на прессах более производительна, чем на молотах, поскольку на прессе заготовка штампуется за один хол пресса, а на молоте - за несколько ударов.

Штамповкой в закрытых штампах (рис. 6.2, 6) изготавливают обычно заготовки, имеющие форму тел вращения или близкую к ней. При изготовлении сложной заготовки ее предварительно обжимают в специальном штампе, после чего штампуют в закрытом безоблойном штампе. Безоблойная штамповка повышает точность заготовки и снижает расход металла, требует более мощных прессов и точного расчета объема металла, потребного для заготовки.

Чеканку используют для повышения точности и качества заготовок, полученных горячей штамповкой, в этом случае обрабатывают только те поверхности заготовки, к которым предъявляются повышенные требования (поверхности черновых технологических баз).

Различают плоскую и объемную чеканку. В первом случае производят обжатие параллельных плоскостей для получения точных размеров заготовки по высоте, во втором - производят обжатие по всему контуру заготовки Поверхности заготовки перед чеканкой очишают от окалины и заусенцев.

Процесс чеканки выполняют либо в холодном, либо в подогретом состоянии заготовки. Второй вариант используют при чеканке больших или менее ответственных поверхностей. Применяемое оборудование - кривошипно-чеканные и фрикционные прессы или молоты. На первых чеканят поверхности размером до 200 см2.

Высадку на горячековочных машинах (ГКМ) как высокопроизводительный и эффективный способ пластического деформирования металла широко используют в массовом производстве для изготовления заготовок, имеющих форму тел врашения. Исходным материалом служит прокат круглого сечения и трубы диаметром 30…250 мм и длиной до 3…3,5 м, масса заготовок в этом случае колеблется в пределах 0,1… 100 кг, Потери металла составляют всего 1…3% массы заготовки. При одном нагреве исходного материала можно получить несколько заготовок. Штамп на ГКМ (рис. 6.3) состоит из неподвижной 3 и подвижной 2 матриц и пуансона 1. Пруток нагретым концом укладывается в неподвижную матрицу, подвижная матрица зажимает пруток, образуется полость штампа. При движении пуансона формируется головка штамповки. Стойкость штампов составляет 10-20 тыс. заготовок. В некоторых случаях обработку на ГКМ эффективно совмещать с другими видами формообразования заготовки, например со штамповкой в ручьевых штампах или с поперечно-винтовым прокатом.

Штамповка холодным выдавливанием представляет собой пластическое деформирование, при котором металл 3 течет в отверстие матрицы 2 или в зазор между пуансоном 1 и матрицей 2 (рис. 6.4), чем обеспечивается получение тонкостенных заготовок сложной формы. Материалом заготовок служит алюминий, медь, латунь, цинк, мягкая сталь марок 08, 10, 15, 20, 25.

Существует три разновидности холодного выдавливания: прямое, обратное и комбинированное. При прямом выдавливании металл втечет в направлении движения пуансона /, при обратном выдавливании металл под давлением пуансона 1 течет в направлении, обратном движению последнего, заполняя пространство меж-

ду пуансоном и матрицей 2. Форма пространства соответствует форме заготовки.

Процесс штамповки выдавливанием обеспечивает точность 9- 11-го квалитетов, шероховатость поверхности заготовки Ra 80… 20 мкм и коэффициент использования металла - 0,9.-0,98.

Холодную высадку используют для изготовления деталей стержневого типа с утолщениями, выемками и полых деталей с гладкими и ступенчатыми отверстиями (колпачковые гайки, колесные шпильки, шаровые пальцы). Часто этим способом получают детали крепежа: болты, гайки, шурупы, заклепки и т.п. Материал для холодной высадки - сортовой прокат, горячекатаная калиброванная проволока, конструкционная малоуглеродистая сталь.

Основные операции холодной высадки схематично показаны на рис. 6.5. Процесс высокопроизводительный, точность в пределах

10- 12-го кваллитетов, шероховатость поверхности Яа 5 .1,25 мкм, рентабелен только при выпуске изделий 10 - 50 тыс. и более.

Вальцовку на ковочных вальцах применяют для предварительного и окончательного обжатия заготовок деталей, изготавливаемых из полосы или прутка (шатуны, вилки, гаечные ключи, рычаги и т.п.).

Ковочные вальцы имеют два валика, на которых закрепляются половины секторного штампа / (рис. 6 6). Валики синхронно вращаются и при замыкании образуют профиль заготовки 2, которая вводится между половинами штампа и подвергается обжатию. Последнее сопровождается вытяжкой, что ведет к перераспределению объемов металла в 6 -8 раз.

Ввиду кратковременности процесса вальцовки (4… 5 с) сразу же можно выполнять последующую штамповку без дополнительного подогрева. Такое сочетание повышает производительность, снижает расход металла на 10… 15 % и обеспечивает более благоприятное расположение волокон материвла.

Поперечно-винтовую прокатку используют в серийном и массовом производстве для изготовления заготовок с поверхностями тел вращения. Схема процесса приведена на рис. 6.7. Форма заготовки образуется следующим образом: нагретый в высокочастотном индукторе до начальной температуры конки пруток 3 подается в рабочую зону, один конец прутка зажимается захватом 4 механической руки и начинает перемещаться вдоль своей оси со скоростью 10… \2 м/мин. Радиальные перемещения валков 2 (сближение их осей и увеличение расстояния между ними), благодаря которым образуется форма заготовки, обеспечиваются при помощи трех гидроцилиндров 7, которые управляются щупом 6, скользящим по сменному копиру 5.

Рассмотренный способ обеспечивает точность в пределах 14 - 15-го квалитетов. шероховатость поверхности заготовки на 40… 10 мкм, экономию металла 20…30% и повышение физико-механических свойств вследствие более выгодного расположения волокон металла. Его эффективно используют для предварительного формирования заготовок под последующую обработку на ГКМ или в ручьевых штампах. Такое сочетание повышает качество заготовок и производительность обработки.

Листовая штамповка - способ изготовления плоских и полых изделий с помощью штампов из листов, полос и лент из малоуглеродистой стали, меди, магниевых и других цветных сплавов. При толщине листа до 15 мм обработка происходит в холодном состоянии. При штамповке сложных по форме деталей с глубокими полостями исходная заготовка должна обладать высокой пластичностью, мелкозернистой структурой, равномерной толшиной.

Линейная штамповка включает в себя последовательное или параллельное выполнение следующих операций: разделительных (отрезки, вырубки, пробивки) и формоизменяющих (гибки, вытяжки, формовки, обжима, отбортовки). Схемы отрезки различными способами показаны на рис. 6.8, приемы листовой штамповки - на рис 6.9.

В автомобилестроении наиболее распространены вырубка;

(рис. 6.9, а), вытяжка (рис. 69, б, в) и комбинированная штампов- I

ка. Вырубкой по замкнутому контуру изготавливают детали типа шайб, рычагов, крышек, прокладок, вытяжкой - пространственные детали облицовки автомобиля, колпаки, диски колес, бензобаки и т.д.

Достоинства холодной листовой штамповки - малая масса детали при обеспечении требуемой прочности и жесткости, возможность изготовления деталей без применения обработки резанием, значительная экономия металла, малая трудоемкость.

Заготовки из стального нормализованного горячекатаного прутка (ГОСТ 2590-73) применяют для изготовления гладких и ступенчатых валов с незначительным перепадом в размерах диаметров ступеней. Заготовки из стального комбинированного прутка (ГОСТ 7417-86) 9-го квалитета точности используют для изготовления деталей, не подвергаемых обработке по наружному диаметру.

Для деталей крепежа и деталей фасонного профиля применяют прокат по ГОСТ 2591-73 и ГОСТ 8560-83. Изготовление заготовок из стального проката резко сокращает расход металла и объем механической обработки.

Получение заготовок методом порошковой металлургии.

Данный метод используют для изготовления точных деталей без последующей механической обработки. Метод заключается в прессовании смесей металлических порошков в пресс-формах под давлением с

прессовании спекание производят при температуре ниже температуры плавления основного компонента. Прессование и спекание могут осуществляться одновременно путем прессования с нагревом (горячее прессование). Последнее используют только для изготовления деталей массой 10 кг и более или тонких дисков и пластин, имеющих склонность к короблению при спекании.

Порошки получают дроблением предварительно переработанной стружки в шаровых мельницах и на бегунках (величина частиц порошка 0,04…0,1 мм). Измельченные порошки разделяются на фракции при просеивании через металлические или шелковые сита. Смешение порошков производится в барабанах или шаровых мельницах, спекание - в газовых или электрических печах при выдержке от 15 мин до 24 ч п зависимости от размеров изделий и спекаемости материала. Для повышения точности деталей их после спекания калибруют.

Заготовки из пластмасс.

Применение пластмасс позволяет получать заготовки сложной формы и малой массы. Для нагруженных детвлей применяют армирование заготовок металлом. Механическая обработка деталей из пластмасс либо полностью исключается, либо сводится к минимуму. Замена черных и цветных металлов пластмассами в условиях массового производства снижает себестоимость для черных металлов в 1,5-3,5 раза, а для цветных - в 5 - 10 раз.

В практике используют следующие методы изготовления заготовок из пластмасс: прессование, литьевое прессование или литье под давлением для мелких деталей (масса 5… 10 кг); автоклавное литье для деталей массой до 30 кг; контактное и вихревое формирование для средних и крупных деталей; волочение и экструзия для профилей без ограничения длины.

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

Основные понятия о заготовках и их характеристика

Заготовка, основные понятия и определения

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

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

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

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

Припуски, напуски и размеры

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

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

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации рабочего. Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптималь-1 ным для данных условий производства.

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

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

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

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

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис.2.1. на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов - в минус, для отверстий - в плюс.

Выбор способа получения заготовок

Технологические возможности основных способов получения заготовок

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

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

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

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

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

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

Обработкой давлением получают заготовки из достаточно пластичных металлов. Механические свойства таких заготовок всегда выше, чем литых. Обработка давлением создает волокнистую макроструктуру металла, которую нужно учитывать при разработке конструкции и технологии изготовления заготовки. Например,. в зубчатом колесе, изготовленном из проката (рис.3.1, а), направление волокон не способствует повышению прочности зубьев. При изготовлении заготовки штамповкой из полосы (рис.3.1,6) или осадкой из прутка (рис.3.1, в) можно получить более благоприятное расположение волокон.

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

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

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

Основные принципы выбора способа получения заготовок

Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, полученных различными способами. Одним из основополагающих принципов выбора заготовки является ориентация на такой способ изготовления, который обеспечит ей максимальное приближение к готовой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего. Методика технико-экономического анализа приведена в гл.9.

Разработка технологических процессов изготовления заготовок должна осуществляться на основе технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований чертежа и технических условий на заготовку;

В соответствии с экономическим принципом изготовление заготовки должно вестись с минимальными производственными затратами.

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

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Форма и размеры заготовки

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

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

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

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

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

Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

Технологические свойства материала заготовки

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

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

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

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

Программа выпуска продукции

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

Сзаг=й+6/П (3.1)

или производственной партии:

С==аП+Ь,

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

Очевидно, что увеличение размера партии ведет к уменьшению себестоимости заготовки. Однако такое снижение себестоимости происходит не однозначно. При увеличении производственной партии свыше значения П, - требуется введение дополнительного оборудования, технологической оснастки. Зависимость себестоимости от размеров партии приобретает в этом случае более сложный (ступенчатый) характер (рис.3.2).

Сравнение двух (или нескольких) вариантов технологических процессов изготовления заготовок можно осуществить графически (рис.3.3). Точка пересечения дает критическую производственную партию Пк, которая разделяет области рационального применения того или иного технологического процесса.

Программа выпуска позволяет также определить экономически целесообразные пределы применения различных методов получения заготовок (рис.3.4).

Производственные возможности предприятия

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

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

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

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

Длительность технологической подготовки производства

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

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

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

Методика выбора способа получения заготовок

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

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

В соответствии с конструкцией детали и предъявляемыми техническими требованиями устанавливают основные факторы (см. п.3.3), определяющие выбор вида заготовки и технологии ее изготовления. Факторы желательно располагать в порядке убывания их значимости.

Анализируя степень влияния рассмотренных выше факторов, выбирают один или несколько технологических процессов, обеспечивающих получение заготовок требуемого качества. Одновременно проверяют возможность использования комбинированных заготовок. На предварительном этапе выбора оптимального способа получения заготовок можно воспользоваться так называемой матрицей влияния факторов (табл.3.1). Оценка каждого фактора в ней производится «плюс - минус» или с помощью коэффициента удельного веса (от 0 до 1). Лучшим считается способ, набравший большее число плюсов или большую сумму коэффициентов.

После выбора нескольких вариантов получения заготовок для каждого из них конкретизируют: последовательность выполняемых операций (например, штамповка на прессе, затем на ГКМ; вальцовка, затем штамповка и сварка), используемое оборудование, основные и вспомогательные материалы. Если ни у одного из отобранных, способов получения заготовок нет определенных преимуществ, укрупненно проектируют несколько наиболее приемлемых заготовок и технологических процессов их производства.

3.1. Образец оформления матрицы влияния факторов

Для разработанных технологических процессов определяют основные технико-экономические показатели и на основании их анализа выбирают наиболее рациональный. Затем для выбранного способа производства разрабатывается подробный технологический процесс и делается его технико-экономический анализ.

Норма расхода металла и масса заготовки

Норму расхода материала, кг, на единицу, продукции можно выразить такой формулой:

Н == Сд + Ст. о + Сз. о, (3.3)

где Сд-масса готовой детали; Ст. о-масса технологического отхода; Gз. o-масса заготовительного отхода.

Массу готовой детали <3д можно рассчитать по формулам на основании данных чертежа или непосредственного обмера, а в случае особо сложной конфигурации детали - контрольным взвешиванием образца.

Масса технологического отхода Gт. о, м представляет собой неизбежные для данного производства потери материала, которые можно рассчитать так:

g t. o = От. а. з + бт.п. м, (3.4 )

где бт.п. з-технологические потери материала на угар, облой, прибыли, литниковую, систему; (Зт.п. м-технологические потери материала в виде припусков и напусков. Технологический отход находится в прямой зависимости от типа производства.

Масса заготовительного отхода Сз. о непосредственно с процессом изготовления детали не связана. Она определяется условиями поставки металла или материала. Например, отход прутка из-за некратности его длины длине заготовки, полосовой отход при холодной вырубке деталей из листа и т.д.

Масса технологического и заготовительного отходов уменьшается по мере совершенствования технологических процессов и применения прогрессивных методов обработки. При любом типе производства необходимо стремиться к снижению норм расхода материала за счет уменьшения технологического и заготовительного.отходов. Особенно актуальна эта задача в условиях массового производства. Именно в массовом производстве родились безотходные методы производства изделий (например, производство болтов и винтов из прутка методом холодной высадки).

Масса, с которой заготовка поступает на предварительную механическую обработку, называется массой заготовки. Масса заготовки, кг

Gs =s Од +, Ст.п. м.

Требования к заготовкам с точки зрения последующей обработки

Помимо минимальной, металлоемкости и трудоемкости к заготовкам предъявляют ряд требований с точки зрения их последующей механической обработки. К числу таких требований относятся: минимальные припуски на обработку; рациональное расположение литейных и штамповочных уклонов; повышенная точность размеров; минимизация или полное устранение дефектных слоев и др.

Минимизация припусков уменьшает количество проходов и переходов механической обработки и тем снижает ее стоимость.

Штамповочные и литейные уклоны ограничивают возможность использования отдельных поверхностей заготовки в качестве технологических баз при механической обработке, снижают точность обработки. Соответствующим выбором способа получения заготовки конструктор может создать наиболее приемлемую ее форму, позволяющую осуществить механическую, обработку с наименьшими трудозатратами. Основным требованием здесь является такое расположение плоскости разъема штампа или литейной формы, при котором установочные поверхности заготовки будут лишены уклонов и следов разъема.

Точность размеров заготовок, получаемых различными способами, колеблется от сотых долей до нескольких десятков миллиметров. Естественно при этом стремление получить точность заготовки максимально приближенной к требованиям чертежа готовой детали. В этом-случае иногда удается обойтись без механической обработки. Особенно возрастают требования к точности заготовок и стабильности размеров при обработке их на прутковых автоматах, станках типа «обрабатывающий центр», в гибких производственных системах, робототёхнических комплексах и пр. Низкая точность заготовок в автоматизированном производстве часто является причиной отказа сложных систем и линий. Поэтому точность заготовок перед запуском их на обработку в автоматизированном производстве часто приходится повышать путем предварительной обработки базовых поверхностей.

Наличие дефектного слоя на поверхности, подлежащей механической обработке, с одной стороны, приводит к увеличению припусков, с другой - к снижению стойкости режущего инструмента. Дефектный слой у чугунных отливок, получаемых в песчаных формах по деревянным моделям, составляет 1...5 мм, у поковок - 1,5...3 мм, у штампованных поковок-0,5,. .1,5, у горячекатаного проката - 0,5...1,0 мм. Без учета влияния вышеперечисленных факторов на последующую механическую обработку невозможно квалифицированно выбрать способ получения заготовки.

Влияние точности и качества поверхностного слоя заготовки на структуру ее механической обработки

Поверхности деталей делятся на обрабатываемые и необрабатываемые. В этой связи все детали в машиностроении можно разделить на три группы. К первой группе относятся детали, точность "и качество поверхностного слоя которых могут быть обеспечены тем или иным способом получения заготовки без какой-либо механической обработки. Типичными представителями таких деталей являются детали, получаемые холодной штамповкой из пластмасс, металлических порошков черных и цветных металлов, а также (реже) прецизионными способами литья и горячей штамповки. Вторая группа-летал», у которых все поверхности должны быть обработаны механически. Необходимость в механической обработке здесь может быть обусловлена двумя причинами: отсутствием способов получения заготовки, обеспечивающих требуемые по чертежу точность и качество поверхностного слоя, или экономической нецелесообразностью (дороговизной) получения требуемого качества детали имеющимися технологическими способами получения заготовок. Третью группу составляют детали, у которых часть поверхностей не обрабатывается, а наиболее точные, исполнительные и поверхности, подлежат обработке путем снятия стружки. Третья группа наиболее многочисленна и занимает промежуточное положение между первыми двумя. Производство деталей первой группы обходится наиболее дешево. Оно открывает путь к безотходной или, по крайней мере, малоотходной технологии. В стремлении к такому производству проявляется одна из самых важных тенденций развития машиностроения. Однако низкий уровень большинства наиболее распространенных в настоящее время способов получения заготовок вынуждает иметь в структуре любого машиностроительного завода механические цехи, - в которых заготовки превращаются в детали путем снятия с их поверхностей припусков на обработку.

Таким образом, основной тенденцией заготовительного производства является повышение точности и улучшение качества поверхностного слоя заготовок. Однако достижение этих качеств при малой программе выпуска может оказаться экономически невыгодным, так как расходы на оснастку для заготовительных процессов могут превысить экономию на механической обработке.

Рассмотрим сказанное на примере детали (рис.3.5), всем обрабатываемым поверхностям которой присвоены номера. Точность и шероховатость пронумерованных поверхностей различны. Поверхности, 2, 3, 4, 6, 7, 8 и 9 нуждаются в однопереходной обработке (строгании, фрезеровании или точении). Поверхность 1, являющаяся базовой поверхностью, требует применения двухпереходной обработки (чистового и чернового фрезерования).

1.введение

2.выбор заготовок

4.резание

6.список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Среди промышленности ведущее место занимает машиностроение. Это определяется тем, что все процессы в материальном производстве, транспорте, строительстве и сельском хозяйстве связаны с использованием машин разного назначения. Конструкции машин беспрерывно совершенствуются согласно с требованиями производства и эксплуатации, а также на основе введения эффективных результатов научно-технических исследований, появления новых материалов и способов получения из них нужных форм и свойств.

Создание новых машин, которые отвечали бы современным требованиям, связано с необходимостью подготовки высококвалифицированных инженерных кадров машиностроительного профиля. Основным заданием данной дисциплины есть развитие знаний, которые обеспечивают беспрерывное совершенствование технологических методов производства и повышения продуктивности труда в машиностроении.

Технология изготовления заготовок является комплексным курсом, в котором излагается теория построения и методы расчета технологических процессов машиностроительного производства, включающим в себя получение заготовок, механическую обработку резаньем и построения машин и их элементов, а также требования к конструктивному оформлению.

В силу того что большое влияние на точность изготовления заготовки оказывает недоштамповка, необходимо, чтобы поле допуска на вертикальный размер - размер в направлении удара - было несимметричным, причем верхнее отклонение должно быть больше нижнего. В плоскости разъема большое влияние на точность изготовления заготовки оказывает износ ручья, сдвиг и неравномерность усадки.

При конструировании деталей машин следует иметь в виду, как уже подчеркивалось, что каждый из способов изготовления штампованной заготовки оказывает существенное влияние на степень приближения ее конструктивных форм и размеров к формам и размерам готовой детали.

Как самостоятельная отрасль производства машиностроение сложилось в XVIII веке, хотя существовала еще задолго до этого. Быстрое развитие оно получило в Англии и странах Западной Европы, затем в США. В России первые машиностроительные заводы построены в конце XVIII века, в середине XIX века их насчитывалось около 100, а в 1900 году – более полутора тысяч. По своему техническому уровню и масштабам производства машиностроение России существенно отставало от западно-европейских стран, половину необходимого оборудования для различных отраслей производства приходилось ввозить из-за границы.

На выбор метода выполнения заготовки оказывает большое влияние время подготовки технологической оснастки (изготовление штампов, моделей, прессформ и т. п.).

Современное машиностроение характеризуется широким применением металлорежущих станков с числовым программным управлением и автоматизированных технологических комплексов, работающих по принципу "безлюдной технологии". Для изготовления режущих инструментов используются новые сверхтвердые композиционные материалы, синтетические и природные алмазы. Производственный потенциал отечественного машиностроения за годы Советской власти сильно возрос и был очень велик, однако в настоящее время в связи с переустройством страны он используется чрезвычайно мало.

Вид заготовки оказывает решающее влияние на способ питания токарного автомата и его конструкцию в целом.

В следующих главах речь пойдет о выборе заготовок, обработке и способах их получения.

ВЫБОР ЗАГОТОВОК

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее получения,определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения

Напусков и припусков, повышении 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 не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.

Заготовки деталей получают литьем, ковкой, штамповкой, сваркой, прессованием, прокаткой, волочением. Заготовки бывают металлические и неметаллические.

Неметаллические заготовки в основном получают из пластмасс - синтетических веществ органического происхождения методом литья, прессования и выдавливания (экструзии)

К металлическим заготовкам относятся:

Прокат из стали и цветных металлов простых и сложных профилей в виде прутков и труб; поковки; листовая штамповка; отливки.

Большинство деталей типа валов, втулок, шайб и колец изготовляют из заготовок, поставляемых в виде круглых, шестигранных и квадратных прутков. Крупные и сложные по форме детали получают из штучных заготовок литьем, ковкой или штамповкой.

Выбор вида заготовки (прутков круглого, шестигранного или квадратного сечений, поковки, отливки и т. д.) зависит от конструктивных особенностей деталей. Например, болт с шестигранной головкой целесообразно изготовлять из шестигранного прутка, а не из круглого.

Заготовка должна иметь несколько большие размеры, чем обработанная деталь, т. е. предусматривается слой металла, снимаемый при механической обработке. Этот слой металла носит название припуска на обработку.

Величина припуска должна быть наименьшей, но при этом обеспечивать получение годной детали, т. е. заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам готовой детали

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства. При проектировании технологического процесса механической обработки для конструктивно сложных деталей важно иметь данные о конфигурации и размерах заготовки и, в частности, - о наличии в заготовке отверстий, полостей, углублений, выступов.

Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска.

В действующем производстве учитываются возможности заготовительных цехов; оказывают влияние плановые сроки подготовки производства (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм).

При выборе технологических методов и процессов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Для этого необходимо в конструкции заготовки и технологии ее изготовления предусмотреть возможность экономии труда и материалов путем применения штампованных, штампосварных, штамполитых заготовок, а также применения автоматизированных технологических процессов.

Легче всего поддаются автоматизации непрерывные процессы производства заготовок - литье профилей, проката заготовок, сварка.

Прогрессивными являются сварно-литые заготовки. Применять их наиболее целесообразно, когда при изготовлении цельнолитой заготовки наблюдается большой литейный брак из-за нетехнологичности конструкции, когда лишь отдельные части заготовки, работающие в особо трудных условиях, требуют применения более дорогих металлов или сложной обработки. Сварные заготовки следует использовать при конструкции детали с выступающими частями, когда для ее изготовления требуется крупногабаритная форма, много формовочных материалов и большие затраты рабочего времени в литейном цехе.

При больших массах и габаритах для транспортирования заготовку делят на несколько частей.

Особенно важно правильно выбрать заготовку и назначить оптимальные условия ее изготовления в автоматизированном производстве, когда обработка ведется на автоматах, автоматизированных гибких и автоматических линиях, управляемых ЧПУ, микропроцессорами и микроЭВМ.

Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать утвержденным техническим условия. Поэтому заготовки подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д. Проверке подвергают химический состав и механические свойства материала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.

У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, имитируя схему установки, принятую для первой операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей заготовки должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже, обладать соответствующими ему механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок – рыхлоты, раковины, посторонние включения; для поковок – пористость и расслоения, трещины по шлаковым включениям, «шиферный» излом, крупнозернистость, шлаковые включения; для сварных конструкций – непровар, пористость металла шва, шлаковые включения).

Выбор способов получения заготовки определяется технологическими свойствами металла, т. е. его литейными свойствами или способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением, а также структурными изменениями материала, получаемыми в результате применения того или другого метода выполнения заготовки (расположение волокон в поковках, величина зерна в отливках и т. д.). Способ получения заготовки определяется назначением и конструкцией деталей машин, материалом, требованиями к точности и чистоте поверхности. Учитываются при этом и тип производства, и экономическая целесообразность.

Литьё́ - технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердевания изделий.

Известно множество разновидностей литья:

1-в песчаные формы,

2-в кокиль,

3-по выплавляемым моделям,

4-по газифицируемым (выжигаемым) моделям,

5-литьё под давлением,

6-вакуумное литьё,

7-литьё металлов с использованием машин центробежного литья.

Литьё в песчаные формы

Литьё в песчаные формы - дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего.

Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу. Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия - литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), проводят термообработку, а затем красят. Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, полученные с использованием литья.

Литьё в кокиль

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокили состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Литьё металлов в кокиль - более качественный способ. Изготавливается кокиль - разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравнении с литьем в песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обдувки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению производительности и улучшению условий труда.

Литье в кокиль следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

Литьё по выплавляемой модели

Ещё один способ литья металлов - по выплавляемой модели - применяется в случаях, когда дальнейшая механическая обработка детали нежелательна (например, лопатки турбин, и т. п.) Из легкоплавкого материала (в простейшем случае - из воска) изготавливается точная модель изделия. Затем модель покрывается слоями тугоплавкого лака - от 3 до сотни слоёв. Сушка каждого слоя лака занимает не менее получаса. После чего из образованной лаком формы выплавляют легкоплавкий материал модели, затем заливают расплавленный металл. Когда деталь застынет, её извлекают, раскалывая лаковую оболочку.

В силу длительности и дороговизны всего процесса применяют только для очень ответственных деталей.

Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн. т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения ЛГМ - отливки массой 0,1-2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40-1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

Поверхность металла после отливки покрыта пленкой из оксидов и продуктов атмосферной коррозии. При обработке металлической поверхности резанием для снятия этой „литейной корки" свойства поверхностного слоя металла изменяются на некоторую глубину вследствие пластической деформации - наклепа. Наклепанный слой обладает несколько иными физико-химическими свойствами, чем необработанная поверхность. Своеобразные и глубокие изменения поверхности происходят также при механической полировке ее различными абразивами. В этом случае наблюдаются пластическая деформация поверхностных слоев, течение металла и заполнение, неровностей. В принципе, любая обработка поверхности приводит к заметному изменению свойств наружного слоя. Поверхность металла покрыта оксидной пленкой, которая при нарушении ее целостности довольно быстро восстанавливается. Установлено, что свежеобразованная (по месту излома или зачистки) под раствором электролита поверхность металла химически весьма активна, но эта активность очень быстро (по мере восстановления пленок) утрачивается.

Литьё под давлением

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30-50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм. Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких грамм до нескольких десятков килограмм. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:

Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условия массового и крупносерийного производств.

Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:

Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы.

Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания.

Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы. Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:

давление на металл во время заполнения и подпрессовки;

скорость прессования;

конструкция литниково-вентиляционной системы;

температура заливаемого сплава и формы;

режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:

регулирование температуры заливаемого сплава и формы;

повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;

рафинирование и очистка сплава;

вакуумирование;

конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:

заполнение формы и камеры активными газами;

использование двойного хода запирающего механизма;

использование двойного поршня особой конструкции;

установка заменяемой диафрагмы;

проточка для отвода воздуха в камере прессования;

металлорежущий станок заготовка деталь

Основные понятия обработки металов резанием

Технология изготовления подавляющего большинства деталей механизмов и машин включает операции механической обработки резанием. Заготовками для многих деталей являются прутки. Кроме того, заготовки получают путем отливки, ковки, штамповки и других процессов. В процессе обработки резанием с заготовки снимается часть металла, переходящая при этом в стружку; эта часть называется припуском или просто припуском. Общий припуск на обработку данной поверхности определяется как разность между размером до обработки и после обработки. В результате обработки резанием обеспечивается форма, размеры и чистота поверхности, заданные чертежом.

Снятие стружки с заготовки осуществляется различными режущими инструментами. Закрепление режущих инструментов и обрабатываемых деталей, а также их движение и относительное перемещение производятся рабочими органами металлорежущих станков. Движения рабочих органов станков делятся на основные и вспомогательные.

Основными движениями называют те движения при которых производится снятие стружки с заготовки. Вспомогательными движениями называют те, при которых снятие стружки не производится (отвод и подвод инструмента). Основное движение разделяется на главное движение и движение подачи. Снятие стружки осуществляется лишь при сочетании этих двух движений. Главное движение и движение подачи осуществляются инструментами и деталями в различных комбинациях. При точении заготовке сообщается главное движение, а инструментам (резцам) - движение подачи. Точение производится на станках токарной группы. При фрезеровании, наоборот, главное движение сообщается инструментам (фрезам), а движение подачи - заготовкам.

Основные случаи резания

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и образования стружки кроме указанных ранее параметров характеризуется еще и степенью осложненности условий, в которых совершается образования стружки. По этому признаку различают два случая резания: свободное и несвободное (осложненное).

1.Свободное резание.

Происходит в случае, когда в резании участвует одна прямолинейная режущая кромка. Деформированное состояние срезаемого слоя при этом является плоским. Пример свободного резания указан на рис.3а. В этом случае деформация совершается в плоскостях, параллельных друг другу, и все элементарные объемы срезаемого слоя могут свободно перемещаться в параллельных направлениях.

Свободное резание может осуществляться также при строгании прямых гребешков на плоской поверхности призматической заготовки или при точении с поперечной подачей буртика на цилиндрическом образце (заготовке). Длинна прямолинейной режущей кромки инструмента в обоих этих случаях должна быть больше ширины гребешков или буртика на ширину перекрытия режущего лезвия. Свободное резание обычно производится при выполнение каких-либо экспериментов в различных исследованиях. Это делается для того, чтобы исключить влияние осложненного деформирования срезаемого слоя на исследуемое явление. Получить хороший корень стружки для изучения, например, пластической деформации срезаемого слоя или образования нароста, можно только при свободном резании, при котором все явления в зоне резания совершаются в семействе параллельных плоскостей, поэтому одинаковы в каждой из них.

Несвободное (осложненное) резание.

Характеризуется тем, что отдельные объемы срезаемого слоя на разных участках режущей кромки перемещаются в разных направлениях, что создает условия сложного деформирования и затрудняет образование стружки.

При несвободном резании отдельные элементарные объемы срезаемого слоя перемещаются в разных направлениях и поэтому в разных точках зоны резания одни и те же явления совершаются по-разному, с разной степенью интенсивности. Картина состояния материала в зоне резания в одной секущей плоскости не является типичной для всех других секущих плоскостей и не повторяет картины состояния материала в других секущих плоскостях.

По расположению режущей кромки режущего лезвия относительно направления главного движения (вектора скорости резания) резание может быть прямоугольным или косоугольным. При расположении режущей кромки под прямым углом к направлению главного движения резание называется прямоугольным. Если же режущая кромка расположена к направлению резания не под прямым углом (косо), резание называется косоугольным. При прямоугольном резании стружка завивается в плоскую логарифмическую спираль, а при косоугольном резании – в винтовую, направление и шаг которой зависят от расположения кромки.

Резание может осуществляться режущими инструментами с одним режущим лезвием или с несколькими. Согласно этому резание может называться однолезвийным или многолезвийным. Оно может быть непрерывным, например, при точении, или прерывистым, как при фрезеровании, и происходить с постоянным или переменным сечением среза

При обработке металлов резанием изделие получается в результате срезания с заготовки слоя припуска, который удаляется в виде стружки. Готовая деталь ограничивается вновь образованными обработанными поверхностями. На обрабатываемой заготовке в процессе резания различают обрабатываемую и обработанную поверхности. Кроме того, непосредственно в процессе резания режущей кромкой инструмента образуется и временно существует поверхность резания.

Для осуществления процесса резания необходимо и достаточно иметь одно взаимное перемещение детали и инструмента. Однако для обработки поверхности одного взаимного перемещения, как правило, недостаточно. В этом случае бывает необходимо иметь два или более, взаимосвязанных движений обрабатываемой детали и инструмента. Совокупность нескольких движений инструмента и обрабатываемой детали и обеспечивает получение поверхности требуемой формы. При этом движение с наибольшей скоростью называется главным движением, а все остальные движения называются движениями подачи.

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и напряженность процесса резания наиболее полно оценивается не величиной площади поперечного сечения среза, а величинами ширины и толщины поперечного сечения срезаемого слоя. Толщиной срезаемого слоя (среза) a называется расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания. Шириной срезаемого слоя называется, расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

Форма поперечного сечения среза зависит от формы режущей кромки инструмента и от расположения ее относительно направления движения подачи. При резании инструментом с прямолинейной режущей кромкой толщина среза а постоянна на всей ширине среза, а при резании инструментом с криволинейной режущей кромкой толщина среза неодинакова в разных точках по ширине среза. Из рис.2.2 видно, что при постоянных значениях подачи s и глубины резания t ширина среза b и толщина среза a изменяются в зависимости от положения режущей кромки, в зависимости от угла между режущей кромкой и направлением подачи.

Главным движением при точении является вращательное движение детали. Движение подачи придается режущему инструменту. Прямолинейное движение подачи может быть направлено вдоль или поперек оси вращения изделия, соответственно и подача называется продольной или поперечной.

Точение осуществляется на токарных станках. Характерным признаком его является непрерывность резания.

Методом точения можно выполнять следующие виды работ: обтачивание наружных и растачивание внутренних поверхностей, подрезание торцовой поверхности, фасонное точение фасонным резцом и копировальное точение по копиру.

В качестве режущего инструмента при точении используются резцы, конструкция, размеры и форма которых соответствуют выполняемой операции. Так, например растачивание производится расточными резцами, отрезка прутков или готовых деталей – отрезными и так далее.

После расчета режима резания проводится расчет основного технологического времени. Основное технологическое время находится путем деления длинны пути прохода инструмента на скорость подачи. Общий путь прохода инструмента при точении складывается из длинны обрабатываемой поверхности, величины пути врезания резца и величины перебега его.

В отличие от других процессов резания имеет свои особенности. Они заключаются в том, что резание ведется инструментом, передний угол которого различен в разных точках режущего лезвия. Скорость резания здесь также не постоянна и меняется от 0 в центре сверла до какого-то максимального значения на периферии сверла. В центре отверстия, под перемычкой сверла, резание как таковое отсутствует, производится смятие и выдавливание обрабатываемого материала к периферии под режущие кромки. Особенностью геометрии сверла является наличие пятой поперечной режущей кромки. Ленточка сверла не имеет вспомогательного заднего угла, что вызывает повышенно трение с обработанной поверхностью. Особенностью процесса является также и то, что сверло, окруженное обрабатываемым материалом, работает в стесн¨нных условиях. Это затрудняет отвод стружки и циркуляцию внешней среды, что приводит к худшим условиям охлаждения.

Фрезерование

Фрезерование является распространенным видом механической обработки. Фрезерованием в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами – фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование – цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту – фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.

Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Другой отличительной особенностью процесса фрезерования является то, что каждый зуб фрезы срезает стружку переменной толщины.

Фрезерование может производиться двумя способами: против подачи и по подаче.

Первое фрезерование называется встречным, а второе – попутным. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки.

Встречное фрезерование является основным. Попутное фрезерование целесообразно вести лишь при обработке заготовок без корки и при обработке материалов, склонных к сильному обработочному упрочнению, так как при фрезеровании против подачи зуб фрезы, врезаясь в материал, довольно значительный путь проходит по сильно наклепанному слою. Износ фрез в этом случае протекает излишне интенсивно.

Протягивание

Протягивание применяется как окончательный вид обработки деталей, обеспечивающий высокую точность размеров и качество обработанных поверхностей. Метод высоко производительный, поскольку полная обработка изделия производится за один проход инструмента. Инструментами служат протяжки и прошивки. Протяжки протягиваются через обрабатываемое изделие, а прошивки продавливаются (прошиваются) через него.

Главным движением является движение протяжки, а скорость его - скоростью резания. Движение подачи отсутствует. Срезание припуска обеспечивается увеличением размера (подъемом) зубьев: каждый последующий зуб выше предыдущего на величину подачи sZ. Глубиной резания при протягивании является ширина обрабатываемой поверхности или периметр обрабатываемого отверстия.

В процессе резания вся образующаяся стружка размещается во впадинах между зубьями и никуда не отводится. Поэтому производится проверка протяжки на заполнение впадины. Активная площадь продольного сечения впадины Fакт равна площади вписанного в нее круга и должна быть больше площади продольного сечения стружки Fстр. в 2,5-4,5 раза. Отношение этих площадей называется коэффициентом заполнения впадины.

Прогрессивная схема резания заключается в разделении ширины срезаемого слоя между несколькими зубьями одной секции. Высота зубьев одной секции одинакова. Подача на зуб здесь значительно увеличивается. Таким образом, создаются более выгодные условия резания: режущие кромки зубьев проходят в объеме основного не упрочненного слоя обрабатываемого материала и меньше изнашивается.

Расчет режима резания производится обычным порядком, но глубина резания не выбирается и не назначается, так как она определяется размерами и формой обрабатываемой поверхности. Подача выбирается в таблицах справочников в зависимости от свойств обрабатываемого материала в пределах от 0,01 до 0,3 мм.

Шлифование

Шлифование обеспечивает получение высокой чистоты обработанной поверхности и высокой точности размеров обрабатываемых деталей. Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального) материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной формы. Кроме того, они могут использоваться в виде брусков, шкурок, паст и порошков.

Процесс резания при шлифовании можно рассматривать как фрезерование многозубой фрезой с высокой скоростью. Каждое единичное абразивное зерно представляет собой режущее лезвие со случайными геометрическими параметрами, которые зависят не только от формы зерна, но и от положения его в абразивном инструменте

Каждое единичное зерно срезает стружку очень малого переменного сечения. Обработанная поверхность образуется в результате совокупного действия большого числа абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности абразивного инструмента. Срезаемая в процессе работы круга стружка располагается в порах между зернами. Разогревшаяся до высокой температуры, близкой к температуре плавления обрабатываемого материала, и размягчившаяся стружка забивает поры и налипает на поверхность круга, происходит так называемое «засаливание» его. При этом режущая способность шлифовального круга резко падает, ухудшается чистота и качество обработанной поверхности. Для восстановления режущей способности круга производится его правка, при которой с помощью правочных роликов или алмазных «карандашей» с режущей части круга удаляется поверхностный слой затупившихся и засалившихся зерен.

Кроме жесткого шлифования твердыми кругами в практике машиностроения в последнее время находит все расширяющееся применение мягкое шлифование абразивными лентами, лепестковыми кругами и в среде свободного абразива.

Процесс резания металлов, равно как и трение контактирующих поверхностей деталей машин, сопровождается рядом широко известных физических явлений, приводящих к износу пар трения. Износ происходит, как правило, при контакте двух разнородных металлов и сопровождается выделением значительного количества тепла в результате пластической деформации и трения. Дополнительно к этому процесс трения и резания как частного случая трения осложнен дискретным характером фрикционного контакта, сложными физико-химическими процессами окисления, диффузии, адсорбции и др., образованием граничных пленок. Под действием вышеперечисленных факторов возникают условия для появления электрических токов.

В условиях современного автоматизированного производства электрический контакт инструмент – деталь может стать источником информации об износе режущего инструмента и других параметрах процесса резания. В этой связи перед исследователями встают следующие вопросы:

Заметим, что использование тока резания для контроля и внешних импульсов тока для управления процессом несет в себе существенные преимущества перед традиционными системами управления и контроля, прежде всего – отсутствие необходимости в преобразователях одного вида энергии в другой. Решение трех поставленных задач должно сыграть свою роль в синтезе систем управления резанием, причем таких, в которых реализуется комплексный анализ состояния процесса, т.е. учитываются не только усилия, вибрации и другие достаточно изученные параметры, но также ток и электродвижущая сила.

СВАРКА

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов (или пластмасс), осуществляемый установлением межатомных (у пластмасс - межмолекулярных) связей между свариваемыми частями изделия при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или при совместном действии этих двух факторов. Между свариваемыми частями изделия образуется сварной шов.

Сварка является одной из распространенных технологических операций, широко применяемой в машиностроении, на транспорте и в строительстве. Объясняется это значительной экономией металлов по сравнению с болтовыми и заклепочными соединениями, высокой прочностью и низкой стоимостью сварных конструкций.

В зависимости от состояния металла в сварочной зоне все виды сварки можно разделить на две группы: по способу соединения свариваемых частей изделия и по виду используемой энергии. В первом случае различают сварку плавлением и сварку давлением. При сварке плавлением сварной шов образуется из общей сварочной ванны расплавленных металлов соединяемых частей изделия. При сварке давлением, для повышения пластичности металла в зоне сварки, соединяемые части изделия нагревают и сдавливают. К сварке плавлением относятся: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая, термитная; к сварке давлением - контактная, диффузионная, электрозвуковая, трением, взрывом и др. Электрической дугой можно производить не только дуговую сварку, но и резку металлов. Однако образующаяся при этом поверхность разреза имеет неровности с наплывами. Поэтому электродуговую резку обычно применяют. Для разделки металлолома и отделения прибылей и литников в деталях, полученных при литье в песчано-глинистые формы.

По виду используемой энергии сварку подразделяют на термическую (сварка дуговая, плазменная, газовая и др.), термомеханическую (сварка контактная, диффузионная и др.) и механическую (сварка взрывом, трением, ультразвуковая и др.).

При сварке плавлением образуется литой сварной шов с характерным дендритным строением. При сварке давлением образуется Шов, представляющий собой зону сросшихся кристаллитов металла соединяемых частей изделия. Зону, непосредственно примыкающую к сварному шву, называют зоной термического влияния. Она имеет крупнозернистое строение и является наиболее механически слабой в сварном соединении. Этот дефект можно устранить отжигом.

Наиболее распространенные виды сварных соединений - стыковые, внахлестку, угловые и тавровые. При сварке внахлестку свариваемые элементы изделия накладываются друг на друга с перекрытием, равным 3-5 толщинам пластин. При этом не требуется подготовка кромок. Угловые и тавровые соединения также не всегда требуют подготовки кромок. При стыковой сварке характер подготовки кромок зависит от толщины свариваемых элементов.