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

Рис. 6.1.

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

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

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

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

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

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

Рис. 6.3.

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

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

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

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

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

Рис. 6.4.

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

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

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

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

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

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

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

Основы технологий в машиностроении

В машиностроении следует выделить три основные технологические стадии:

Производство заготовок осуществляется двумя методами:

Метод пластической деформации;

Метод литья.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. Сортовой прокат, который подразделяется на две под­группы:

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

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

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

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

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

3. Трубный прокат разделяется на:

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

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

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

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

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

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

G - вес готового проката, т;

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

Скорость прокатки можно определить по формуле:

где Д - диаметр валков, мм;

n - число оборотов валков в минуту.

Часовая производительность прокатного стана Р:

где 3600 - число секунд в 1 ч;

Т - период прокатки, с;

В - масса слитков, т.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(м/мин),

где D - диаметр заготовки, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту.

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

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

где D -диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

d - диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

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

где L - путь инструмента в направлении подачи, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту;

S - величина припуска на механи­ческую обработку, мм;

t - глубина резания, мм;

h - припуск на механическую обработку, мм.

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

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

где Т м - машинное время;

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

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

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

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

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

Инструментом при точении служат токарные резцы. Разновидности точения следующие:

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

Чистовое точение;

Тонкое точе­ние;

Растачивание.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Исходными данными для проектирования технологического процесса сборки являются следующие документы:

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

Технические условия на приемку и испытания изделий;

Производственная программа.

Все операции технологического процесса сборки подразделяются на:

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

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

Вспомогательные операции - подгонка, регулировка;

Контроль и испытания.

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

Основными видами сборки являются: стационарная сборка и подвижная сборка.

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

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

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

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

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

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

где t сб - норма времени на выполнение сборочной операции.

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

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

m - число сборочных операций.

Затраты на выполнение одной операции включают:

Основную заработную плату сборщиков за выполнение данной операции;

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

Цеховые накладные расходы, также отнесенные к одной операции.

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

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

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

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

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

Второе издание книги содержит современные представления о выборе рационального способа получения заготовок для деталей машиностроения. Рассмотрены технологические особенности получения заготовок, обеспечивающие их высокое качество при минимальных затратах. Отдельно представлены основные принципы повышения технологичности деталей для различных способов получения заготовок. Рассмотрено влияние технологических свойств металлов и сплавов на качество и экономичность получаемых деталей. В отдельной главе изложены основные принципы повышения эффективности мелкосерийного производства заготовок. Содержащиеся в книге данные, математическая постановка и алгоритмы решения некоторых задач могут быть использованы при формализации знаний для разработки систем автоматизированного проектирования технологических процессов в заготовительном производстве. Книга предназначена для инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, занимающихся разработкой технологических процессов в заготовительном производстве и механической обработке, а также полезна для студентов высших учебных заведений, аспирантов и учащихся средних профессиональных образовательных учреждений машиностроительных и металлургических специальностей.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ.

Необходимость экономии материальных ресурсов предъявляет высокие требования к рациональному выбору заготовок, к уровню их технологичности, в значительной степени определяющей затраты на технологическую подготовку производства, себестоимость, надежность и долговечность изделий. Правильно выбрать способ получения заготовок - значит определить рациональный технологический процесс ее получения с учетом материала детали, требований к точности ее изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ.
Глава 1. МАТЕРИАЛЫ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ.
Глава 2. СПОСОБЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗАГОТОВОК.
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ.
Глава 4. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ.
Глава 5. ОСОБЕННОСТИ МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Производство заготовок в машиностроении, Афонькин М.Г., Звягин В.Б., 2007 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

• Конструирование и расчет поршневых двигателей, Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Мягков Л.Л., 2018
• Нанотехнологии как ключевой фактор нового технологического уклада в экономике, Глазьев С.Ю., Харитонов В.В., 2009
• Общая экономическая и социальная география, Курс лекций, Часть 2, Максаковский В.П., 2009

Следующие учебники и книги.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Р.К.

Семипалатинский Государственный Электротехнический колледж

Тема: Виды заготовок в машиностроении

Преподаватель: Ойшиева Г.С.

Студент: Тайшыбаев Ч.Б.

г.Семей-2015

Под заготовкой понимается изделие, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Для получения детали из заготовки ее подвергают механической обработке, в результате которой удалением слоя материала с отдельных (или всех) ее поверхностей получают заданные конструктором на чертеже геометрическую форму, размер и свойства поверхностей детали. Удаляемый слой материала называется припуском. Он необходим для надежного обеспечения геометрических характеристик и чистоты рабочих поверхностей детали. Величина припуска зависит от глубины дефектов поверхности и определяется видом и способом получения заготовки, ее массой и габаритами.

Выделяют следующие виды заготовок:

Дефекты, влияющие на прочность и внешний вид заготовки, подлежат исправлению. В технических условиях должны быть указаны вид дефекта, его количественная характеристика и способы исправления (вырубка, заварка, пропитка различными химическими составами, правка).

Заготовительное производство является составной частью любого автотракторного завода, образуя первый технологический передел.

Заготовка каждого вида может быть изготовлена одним или несколькими способами, родственными базовому. Так, например, отливка может быть получена литьем в песчаные или оболочковые формы, в кокиль и т.д.

Заготовка может быть штучной (мерной) или непрерывной, например пруток горячекатаного проката, из которого разрезкой могут быть получены отдельные штучные заготовки.

Заготовки из конструкционной керамики применяют для тепло- напряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей.

Заготовки из проката (получаемые отрезкой);

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

Заготовки принято различать по виду, отражающему характерные особенности базового технологического метода их изготовления.

Заготовки простой конфигурации (с напусками) дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки. Однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала. Очевидно, что для каждого конкретного метода изготовления заготовки существует оптимальная точность и оптимальный объем выпуска.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требуют незначительной, часто только отделочной обработки.

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной.

Кроме припусков при механической обработке удаляются напуски, которые составляют часть объема заготовки, добавляемую иногда для упрощения технологического процесса ее получения.

Литьем получают заготовки фактически любых размеров простой и очень сложной конфигурации почти из всех металлов и сплавов, а также и из других материалов (пластмассы, керамики и т.д.). Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, трещины, получающиеся в горячем или холодном состоянии), которые часто обнаруживаются только после черновой механической обработки.

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

Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении и проверке технологической оснастки (моделей и приспособлений), должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров, литейных и штамповочных уклонов.

Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны иметь пригаров, спаев, ужимин, плен, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особенно тщательно должны быть очищены полости отливок. Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонений от прямолинейности более заданных. Заготовки, у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет на качество и точность работы машины, подлежат обязательному естественному или искусственному старению согласно технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.

Получаемые литьем (отливки);

Получаемые методами порошковой металлургии.

Получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки);

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

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

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

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 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).

заготовка керамика конструкционный деталь

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Описание способов получения заготовок класса "вал". Сравнительный анализ конструкции заготовок из сортового проката. Способы получения заготовки методом штамповки. Конструктивные характеристики штампованной заготовки. Припуски на механическую обработку.

курсовая работа , добавлен 08.02.2016


Значение припусков на механическую обработку, напусков и операционных размеров заготовок. Методика выбора способа их получения. Основные формы и размеры, а также точность и качество поверхностного слоя. Технологические свойства материала заготовки.

презентация , добавлен 26.12.2011


Понятие и виды изделий. Условное изображение опорных точек. Базы в машиностроении и погрешность базирования заготовок. Понятия о служебном назначении изделия, исполнительные и вспомогательные поверхности. Необходимость обработки свободных поверхностей.

презентация , добавлен 26.10.2013


Автоматизация расчета припусков на обработку заготовок деталей машин. Величина припусков на обработку для интервалов размеров деталей цилиндрической формы. Методы получения заготовок. Факторы, влияющие на распределение припусков по этапам обработки.

дипломная работа , добавлен 14.11.2011


Описание способов получения заготовок класса "вал", сравнительное описание конструкций заготовок: из сортового проката и штампованной, расчет и обоснование экономической эффективности производства. Назначение припусков на механическую обработку.

курсовая работа , добавлен 14.06.2015


Характеристика процесса автоматизации расчета припусков на обработку заготовок деталей машин. Определение величины припусков на обработку для различных интервалов размеров заготовок цилиндрической формы, получаемых при помощи литья, штамповки, ковки.

дипломная работа , добавлен 07.07.2011


Выбор оптимального метода получения заготовки, обеспечивающего технологичность и минимальную себестоимость. Разработка маршрута обработки детали. Выбор технологического оборудования и инструмента. Определение промежуточных припусков, допусков и размеров.

курсовая работа , добавлен 26.02.2014


Работа посвящена технологии изготовления деталей из керамики. Химический анализ и подготовка керамического сырья. Тонкий помол и смешивание компонентов. Способы, которыми осуществляется формование заготовок. Механическая обработка необожженных заготовок.

реферат , добавлен 18.01.2009


Назначение и условия работы детали в узле. Выбор оптимального метода получения заготовки. Химический состав и механические свойства стали. Штамповка и термообработка заготовок. Травление стальных поковок. Люминесцентный и магнитный методы контроля.

контрольная работа , добавлен 11.12.2015


Назначение и тенденция развития заготовительного производства. Примерная структура производства заготовок в машиностроении. Заготовки и их характеристика. Припуски, напуски и размеры, выбор способа получения. Норма расхода металла и масса заготовки.

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

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

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

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

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

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

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

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

ТИПЫ И ФОРМЫ ПРОИЗВОДСТВА И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЕГО ПОДГОТОВКИ

ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА

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

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

К з.о = О/Р, (1.1)

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

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

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

К 3 . 0 = =2,1.

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

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

Технические характеристики различных типов производства заготовок

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы

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

2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?

3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?

4. Какие существуют формы организации технологических процессов?

5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте ее назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

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

ЗАГОТОВКА, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

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

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

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

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

ПРИПУСКИ, НАПУСКИ И РАЗМЕРЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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

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

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

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

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

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

КАЧЕСТВО ЗАГОТОВОК

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

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

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

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

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

Точность заготовок

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

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

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

Качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЗАГОТОВОК

Основные понятия технологичности

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

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

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

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

Показатели технологичности

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

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

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

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

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

Т пр = T тип
(3.1)

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

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

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

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

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

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

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

К и.м = G д / G p , (3.3)

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

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

К в.г = G 3 / G p , (3.4)

где G 3 - масса заготовки;

К в.г = G д / G з . (3.5)

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

К и.м = К в.г К в.т . (3.6)

Обеспечение технологичности заготовок на стадии проектирования

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы

1. Что такое заготовка? Как классифицируют заготовки?

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

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

4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?

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

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

7. Что понимают под технологичностью заготовки и какими показателями она

оценивается?

8. Как обеспечивается технологичность заготовок на стадии проектирования?

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4.1. Макроструктура зубчатых колес, изготовленных:

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

1 - благоприятное и 2 - неблагоприятное расположе­ние волокон

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

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

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

Основные принципы выбора способа получения заготовок

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

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

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

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Форма и размеры заготовки

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

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

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

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

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

Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

Технологические свойства материала заготовки

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

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

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

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

Программа выпуска продукции

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

С заг = а + b / П (4.1)

или производственной партии:

С = а П + b, (4.2)

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

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

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

П 1 , П 2 - критические значения размеров пар­тии

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

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

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

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

Производственные возможности предприятия

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

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

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

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

Длительность технологической подготовки производства

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

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

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

МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

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

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

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

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