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.

В условиях металлургического производства машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием и волочением. При этом получают заготовки в виде сортовых профилей, листового проката, труб и периодических профилей. Прокат выпускают горячекатанным и калиброванным. При изготовлении деталей из калиброванных профилей, отличающихся высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности, возможна только отделочная механическая обработка поверхностей заготовок.

Сортовые профили подразделяют на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер; рельс; угловой, тавровый профили и т.п.). Листовой металл делят на толстолистовую сталь (толщиной 4-160 мм), тонколистовую сталь (толщиной менее 4 мм) и фольгу (толщиной менее 0,2 мм). Трубы могут быть бесшовными и сварными. Бесшовные трубы используют в наиболее ответственных трубопроводах, работающих под внутренним давлением в агрессивных средах. Периодические профили имеют изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют как фасонные заготовки для последующей объемной штамповки и механической обработки резанием.

Легкие, но жесткие тонкостенные профили (менее 2-3 мм) весьма сложной конфигурации и большой длины можно получать методом профилирования листового материала в холодном состоянии на профилегибочных станах. Гнутые профили применяют при изготовлении изделий для машиностроения, автомобильной и авиационной промышленности, строительных конструкций.

Для получения заготовок из стали и цветных металлов с деформированной макроструктурой, имеющих форму и размеры близкие к форме деталей машин, целесообразно применять метод обработки давлением (ковку, объемную и листовую штамповку).

Ковку применяют для изготовления заготовок в единичном производстве путем пластической деформации профилей или слитков. При производстве крупных и уникальных заготовок массой до 250 т ковка - единственно возможный способ обработки давлением.

Заготовки, полученные объемной штамповкой, отличаются более высокой точностью размеров, качеством поверхностного слоя по сравнению с коваными поковками. Применение этого вида обработки давлением для получения заготовок деталей машин экономически целесообразно в условиях крупносерийного и массового производств. При изготовлении поковок объемной штамповкой применяют сортовые и периодические профили массой менее 400 кг. По точности и шероховатости поверхностей заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой, не уступают изделиям, изготавливаемым специальными способами литья. При этом механические свойства поковок выше, чем отливок.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные изделия массой от долей граммов до десятков килограммов. В качестве заготовок при листовой штамповке используют полученные прокаткой листы, полосы или ленты, толщина которых обычно не превышает 10 мм. При заданной прочности и жесткости этим видом обработки давлением получают изделия минимальной массы с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это позволяет сократить количество отделочных технологических операций механической обработки резанием.

Методами порошковой металлургии получают заготовки, которые по размерам и форме близки к форме и размерам деталей, поэтому при изготовлении изделий требуется небольшой объем механической обработки. Технологии порошковой металлургии позволяют практически полностью исключить из производства обычные металлургические процессы, а также значительно улучшить экологические условия. Коэффициент использования металла увеличивается до 0,98, производительность труда возрастает в 2 раза по сравнению с изготовлением деталей из сортовых профилей, получаемых в условиях металлургического производства. Статистические данные свидетельствуют о том, что перевод тонны деталей из стали на изготовление методом порошковой металлургии обеспечивает в машиностроении экономию 2 т профилей и высвобождает 80 металлорежущих станков.

Методом литья 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 заготовки зависят от способа литья. Отливки можно изготавливать из всех металлов и сплавов. В некоторых случаях внутри стенок образуются дефекты (усадочные раковины, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки.

Сварные заготовки получают различными видами сварки - от электрошлаковой до сварки трением. В ряде случаев сварка упрощает изготовление заготовок сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является 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, трещины), которые трудно исправить последующей обработкой. Заготовки сложной конфигурации дают значительный экономический эффект при изготовлении элементов изделий штамповкой, литьем, прокаткой с последующим соединением их сваркой. Такие заготовки применяют при изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечнопрессового оборудования и т.п.

Основными видами заготовок для деталей явл-ся заготовки, полученные:

Обработкой давлением;

Резкой сортового и профильного проката;

Комбинированными методами;

Специальными методами.

Получение заготовок литьём .

По сравнению с другими методами получения заготовок литьё обладает рядом преимуществ:

Высокие коэффициенты использования металла и весовой точности;

Практически неограниченные габариты и масса отливок;

Возможность использования сплавов, не поддающихся пластическому деформированию и трудно обрабатываемых резанием.

Метод получения заготовок литьём в песчано- глинистые формы вследствие своей универсальности применяются во всех типах производства. Этим методом производится около 80…85 % литых заготовок. Могут быть получены самые сложные отливки, практически неограниченных размеров. Отливки имеют равномерную структуру и характеризуются хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные уклоны составляют 1-3˚ для деревянных моделей, 1-2˚ -для металлических моделей при ручной формовке, при машинной -0,5-1˚.

К недостаткам этого метода относятся :

Большой расход металла и формовочных материалов;

Большие припуски на м/о;

Большие производственные площади;

Большие капитальные затраты для создания нормальных условий труда;

Значительное кол-во брака.

Литьё в постоянные металлические формы –кокили позволяет увеличить производительность и съём с производственных площадей, увеличить точность и уменьшить шероховатость пов-тей, уменьшить расход металла и формовочных материалов, припуски на м/о, улучшить мех-е свойства материала, уменьшить себестоимость отливок и кол-во брака.

Формы кокилей изготовляются из чугуна или стали литьём с последующей м/о. Применяется также литьё в облицованный кокиль .

Наибольшее применение для литья в кокиль получили цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, а следовательно, более высокую стойкость форм.

Стойкость кокилей составляет: при литье цветных сплавов – до 150 тыс. заливок, при литье чугуна – до 1-5 тыс. заливок, стали – не более 100-500 заливок.

К недостаткам литья в кокиль относятся :

Необходимость упрощения конфигурации отливок и увеличения толщины стенок полых отливок;

Затруднение выхода газов из формы, и как следствие – возможность образования газовых раковин;

Возможность появления отбелённого слоя на пов-ти чугунных заготовок.

Центробежное литьё применяется для получения отливок типа тел вращения (труб, дисков, втулок, цилиндров, шпинделей) и фасонных отливок из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.

Способ центробежного литья имеет несколько разновидностей: с вертикальной осью вращения, горизонтальной, наклонной, вертикальной, не совпадающей с осью отливки. Позволяет получить по сравнению с предыдущими способами более высокое качество структуры вследствие более организованного размещения атомов металла, меньший расход металла (отсутствуют прибыли, литниковые системы), уменьшить кол-во брака – выход годного литья достигает 95% (на – 20-60% больше, чем при литье в песчано- глинистые формы), снижение себестоимости изготовления отливок на 20-40%.

Недостатками явл-ся ограниченность конфигурации и размеров отливок, сложность формы для отливок сложной конфигурации.

Литьё под давлением позволяет получать точные отливки из цветных сплавов с малой шероховатостью и небольшой толщиной стенок, повышенную прочность отливок на 25-40% по сравнению с литьём в песчано- глинистые формы, уменьшить или полностью устранить припуски на обработку, осуществить высокую автоматизацию процесса, улучшить условия труда, сократить производственный цикл. Этим способом отливают заготовки деталей: корпуса карбюраторов, электромагниты, щиты малых электродвигателей и др.

Литьё под давлением производится на специальных литьевых машинах с горизонтальными или вертикальными камерами прессования; разновидностью литья под давлением явл-ся литьё с применением вакуума.

Недостатком способа явл-ся необходимость применения сложных форм и специального оборудования.

Литьё по выплавляемым моделям даёт возможность получать высокую точность и малую шероховатость поверхностей отливок, уменьшить внутренние напряжения в отливках или устранить совсем, получить минимальные припуски и улучшить условия труда.

Разновидностями способа явл-ся: литьё по растворяемым солевым моделям, литьё по выжигаемым моделям.

Недостатком данных способов явл-ся сложный технологический процесс получения отливок, требующий специального оборудования и специальной оснастки, длительный производственный цикл.

Литьё в оболочковые формы даёт по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы более высокую точность и меньшую шероховатость поверхности, малые припуски на обработку, снижение трудоёмкости по всем элементам процесса, высокую производительность, уменьшение кол-ва формовочных смесей в несколько раз, улучшение условий труда, возможность внедрения комплексной автоматизации.

Оболочковые формы могут быть: песчано-смоляными, химически твердеющими и жидкостекольными.

Недостатки литья в оболочковые формы – дорогая и сложная оснастка, дорогие формовочные смеси, необходимость изготовления точных металлических моделей.

Заготовки, полученные штамповкой жидкого металла , обладают высокой плотностью структуры. Способ позволяет снизить расход металла в 1,5-3 раза по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы, не требует дорогостоящего оборудования и оснастки.

Штамповка жидких металлов имеет несколько разновидностей:

С кристаллизацией под поршневым давлением;

Выжиманием;

Вакуумное всасывание;

Непрерывное литьё и др.

Кроме приведённых выше способов литья существуют и другие, например, литьё в формы: гипсовые, песчано- цементные, кирпичные, шамотно- кварцевые, глинистые, каменные, керамические и др.

В 1988 г. введён в действие единый ГОСТ 26645-85 « Отливки из металлов и сплавов» на отливки, получаемые любым способом из чёрных и цветных металлов и сплавов. Данный стандарт устанавливает допуски размеров, формы, расположения и неровностей поверхности, допуски массы и припуски на обработку. Согласно ГОСТ 26645-85 точность отливки характеризуется четырьмя показателями:

Классом размерной точности (22 класса);

Степенью коробления (11 степеней);

Степенью точности поверхностей (22 степени);

Классом точности массы (22 класса).

Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.

Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:

Класс размерной точности;

Степень коробления;

Степень точности поврхностей;

Класс точности массы;

Допуск смещения отливки.

Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8мм: Точность отливки 8-5-4-7 См 0,8 ГОСТ 26645-85 .

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в нижеприведённом порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку. Технологических напусков и массы отливки.

Пример условного обозначения номинальных масс, равных для детали -20,35 кг, для припусков на обработку -3,15 кг, для технологических напусков – 1,35 кг, для отливки – 24, 85 кг.

Масса 20.35-3.15-1.35-24.85 ГОСТ 26645-85 .

Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие величины обозначают «0». Например: Масса 20.35-0-0-20.35 ГОСТ 26645-85 .

Заготовки, получаемые обработкой давлением .

Различают следующие способы получения заготовок обработкой давлением:

Штамповка (горячая и холодная);

Специальные способы.

Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлов в твёрдом состоянии устойчиво изменять формы и размеры под действием приложенных внешних сил, т.е пластически деформироваться. В процессе пластической деформации металл приобретает не только требуемую форму, но и меняет свою структуру и физико – механические свойства.

Способы получения заготовок давлением в основном явл-ся высокопроизводительными процессами, обеспечивают малые припуски и улучшенную структуру металла.

Материал, из которого получают заготовки давлением, должен обладать ковкостью: прочностью и пластичностью при высокой температуре. Ковкость в основном зависит от химического состава материала и его компонентов. Например, такие элементы, как хром, кремний, углерод и марганец- снижают, а никель – повышает ковкость. Наличие серы (при температуре 800-900 град) вызывает явление красноломкости, фосфора (более 0,03%) хладноломкости.

Ковка .

При ковке формообразование происходит вследствие свободного течения металла в стороны, перпендикулярные к движению формообразующего инструмента – бойка.

Ковкой заготовок на молотах и прессах получают поковки простой конфигурации с большой массой (до 250т). Поковки имеют хорошую структуру металла по всему сечению, т.к течение металла не ограничивается инструментом, и он хорошо проковывается. Ковка не требует специального инструмента и оснастки.

Недостатком явл-ся низкая производительность, большая трудоёмкость, большие припуски и напуски на обработку, низкая точность. Для получения поковок более сложной конфигурации применяют подкладные кольца и штампы. Уменьшить припуски на обработку и снизить трудоёмкость позволяет применение радиально- ковочных машин. Однако область их применения ограничена только телами вращения.

В зависимости от массы поковок для ковки применяют: пневматические молоты, паровоздушные молоты, гидравлические прессы.

Горячая штамповка .

По сравнению с ковкой горячая объёмная штамповка имеет ряд преимуществ:

Более сложная форма поковки и лучшее качество поверхности;

Снижение припусков на обработку;

Экономия металла;

Повышение точности изготовления заготовок;

Уменьшение штамповочных уклонов за счёт наличия в конструкции штамповочного оборудования выталкивателей;

Повышение производительности труда;

Уменьшение трудоёмкости;

Улучшение условий труда.

К недостаткам горячей объёмной штамповки относится:

Дорогостоящая оснастка (инструмент – штамп), что позволяет применять штамповку только при большом объёме выпуска деталей;

Ограничения по массе получаемых поковок;

Дополнительный отход металла в заусенец (10-30% от массы поковки);

Большие усилия деформирования, чем при ковке.

Применение унифицированных блоков штампов со сменными вставками и унификация другой оснастки дают возможность применения штампов даже в мелкосерийном производстве. Хороший эффект дают комбинированные способы изготовления заготовок: ковка и последующая штамповка и т.д.

Горячая объёмная штамповка подразделяется на различные виды в зависимости от типов штампов, оборудования, исходной заготовки, способа установки заготовки в штампе и т.п.

В зависимости от оборудования имеются следующие виды объёмной штамповки:

На штамповочных паровоздушных молотах двойного действия;

На кривошипных горячештамповочных прессах;

На горизонтально- ковочных машинах (ГКМ);

На гидравлических прессах;

На высокоскоростных молотах;

На специальных машинах (ковочные вальцы, горизонтально- гибочные машины, ротационно-обжимные и радиально- обжимные машины, электровысадные машины, раскатные машины).

В зависимости от типа штампа штамповка подразделяется на следующие виды:

В открытых штампах;

В закрытых штампах;

В штампах выдавливания.

Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штамп в процессе деформирования остаётся открытым. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа явл-ся переменным, в него затекает (выдавливается) металл при деформировании, образуя заусенец. Основное назначение этого заусенца – компенсация колебаний исходных заготовок по массе. Этот тип штампа можно применять для деталей любой конфигурации. Однако наличие заусенца увеличивает расход металла, а для обрезки заусенца необходимо применение специальных обрезных прессов и штампов.

При штамповке в закрытых штампах (безоблойная штамповка) штамп в процессе деформирования остаётся закрытым, т.е металл деформируется в закрытом пространстве. Отсутствие заусенца сокращает расход металла, отпадает необходимость в обрезных прессах и инструменте. Макроструктура поковок более качественная, т.к нет нарушения волокон, имеющих место при обрезке заусенца. Однако этот тип штампа применяется для простых деталей, в основном тел вращения.

Штамповка в штампах для выдавливания – наиболее прогрессивна. При этом снижается расход металла (до 30%), повышается коэффициент весовой точности, повышается точность поковки и чистота поверхностей, производительность труда увеличивается в 1,5-2,0 раза.

Недостатки – высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты и низкая стойкость штамповой оснастки. Применяются для заготовок с высокой пластичностью.

Штамповка на молотах у лучшает точность заготовок, но явл-ся трудоёмким процессом. Большую трудность представляет центрирование половинок штампа относительно друг друга. Процесс плохо поддаётся автоматизации.

Штамповка на прессах (кривошипных, гидравлических, фрикционных) за счёт применения выталкивателей позволяет уменьшить припуски на обработку, штамповочные уклоны в 1,5-2,0 раза по сравнению со штамповкой на молотах, улучшить условия труда, повысить производительность. Отсутствие ударов при работе уменьшает вибрации, повышает стойкость штампов, улучшает центрирование половинок штампов.

Штамповка на горизонтально- ковочных машинах (ГКМ), по сравнению со штамповкой на прессах и молотах. Обеспечивает возможность получения сложных поковок с глубокими полостями и отверстиями, получение заготовок высокого качества без облоя и штамповочных заусенец с небольшими припусками на обработку.

ГКМ представляют собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. В отличие от штампов молотовых и прессовых штампы на ГКМ имеют два взаимно перпендикулярных разъёма и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъёмов в штампе создаёт лучшие условия для выполнения высадочных работ и позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны (наружные 15´ - 1 град, внутренние 30´-2 град), вплоть до их отсутствия.

Поковки, получаемые на ГКМ, обычно имеют форму тел вращения.

Недостатком явл-ся необходимость применения прутка (проката) повышенной точности.

При разработке чертежа поковки пользуются ГОСТ 7505-89, данные которого распространяются на штампуемые детали массой до 250 кг, изготавливаемые горячей объёмной штамповкой из чёрных металлов на различных видах штамповочного оборудования.

При определении припусков и допускаемых отклонений размеров необходимо определить исходный индекс.

Исходный индекс – это условный показатель, учитывающий конструктивные характеристики (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъёма) и массу поковки. Стандарт устанавливает 23 исходных индекса. Исходными данными для определения исходного индекса явл-ся:

- масса поковки;

Группа стали;

Степень сложности поковки;

Класс точности поковки.

М1 – углеродистая и легированная сталь с содержанием углерода до 0,35% и легирующих элементов до 2%;

М2 – углеродистая сталь с содержанием углерода свыше 0,35 до 0,65% и легированная, за исключением указанной в группе М1.

Степень сложности поковки (всего 4) определяют путём вычисления отношения массы (объёма) поковки к массе (объёму) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

Стандарт предусматривает пять классов точности поковок.

На чертеже поковки должны быть указаны: исходный индекс, класс точности, группа стали и степень сложности поковки.

Холодная штамповка.

Объёмная холодная штамповка;

Листовая штамповка;

Штамповка на горизонтально- гибочных машинах;

Вальцовка;

Раскатка;

Накатка;

Калибровка.

Объёмная холодная штамповка делится на ряд видов:

Выдавливание;

Высадку;

Радиальное обжатие;

Редуцирование и др.

Этот способ формообразования устраняет потери металла и отходы в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает получение более точных размеров заготовки и качество поверхности. В рез-те холодного деформирования в металле ликвидируются некоторые внутренние дефекты, обеспечивается однородность его структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя.

Заготовки из пластмасс .

Пластмассы – неметаллические материалы, которые получают на основе высокомолекулярных соединений – полимеров.

Пластмассы, получаемые из искусственных и естественных смол и их смесей с различными веществами, можно формировать прессованием, литьём и выдавливанием. Они обладают ценными физико- механическими свойствами(стойкость к агрессивным средам, электротеплоизоляционные, антифрикционные и др), из них легко изготовить детали сложной конструкции.

Пластмассы применяют: для изготовления некрупных деталей (пробок, заглушек, прокладок, вкладышей, зубчатых колёс, крыльчаток и др). Однако пластмассам свойственна низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, невысокая теплостойкость, старение.

Основные положения к выбору оптимальной заготовки .

Выбранный способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим требуемое качество детали, производительным, нетрудоёмким процессом.

Главным при выборе заготовки явл-ся обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости.

Решение задач формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расходы материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

В первую очередь при выборе заготовки следует определить, каким методом наиболее целесообразно получить заготовку для данной детали. При этом надо ориентироваться на материал и требования к нему с точки зрения обеспечения служебных свойств детали. Далее, пользуясь качественной оценкой, наметить предварительно способ её получения.

Предварительно выбор материала и способа получения заготовки на основе экономических показателей может производиться по таблицам или графикам, приведенным в литературе. Графики показывают зависимость себестоимости получения заготовки от программы выпуска деталей и точности изготовления.

Окончательный выбор заготовки производится на основе экономических расчётов себестоимости получения заготовки и себестоимости её дальнейшей м/о.

По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоёмкость и себестоимость последующей м/о заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, т.к не требуют последующей трудоёмкой обработки и повышенного расхода материала.

В качестве заготовок деталей машин применяются:

1.Прокат . Используют калиброванные прутки и горячекатаную сталь повышенной и обычной точности. По ГОСТу 7417 калиброванные прутки изготовляют ф 3-30 мм по классу точности 2 , диаметром 3-65 мм по 3-му классу точности и 3-100 мм по 4-5-му классу точности.

При креплении в цанговых зажимах применяются калиброванные прутки 5-го класса точности. Заготовки из калиброванных прутков 4-го и высших классов точности обычно не обрабатываются лезвийным инструментом, а шлифуют.

В условиях крупносерийного и массового пр-ва целесообразно использовать прокат спец-х профилей; при этом почти полностью исключается или значительно сокращается м/о.Профильное холодное волочение обеспечивает 4-й класс точности и 6-й класс чистоты. Наиболее целесообразно применять профильное волочение для деталей с одинаковым профилем по всей длине.

Механической обработке заготовок из проката предшествует правка и отрезка.

Отрезка заготовок производится на токарных и токарно-отрезных станках, дисковых, ленточных и ножовочных пилах, кривошипных и эксцентриковых прессах.

Способ отрезки на прессах обеспечивает высокую производительность, но при нём не достигается перпендикулярность реза к оси прутка и происходит смятие конца заготовки.

При отрезке на ножовочных и ленточных пилах сокращается расход металла, однако производительность этих способов невелика.

При выборе способа отрезки заготовки учитывается экономическая целесообразность того или иного способа.

Заготовки из листового проката отрезаются от листа или полосы на гильотинных ножницах, пресс- ножницах, при помощи газовой резки по разметке на спец-х машинах, работающих по копирам и позволяющих одновременно вырезать несколько заготовок с достаточно высокой точностью.

Заготовки деталей из листового металла изготовляются путём вырубки (плоские детали разной конфигурации), гибки, вытяжки и совмещения этих методов. Штамповку целесообразно применять при изготовлении значительного кол-ва деталей; при этом стоимость изготовления штампов компенсируется снижением затрат на изготовление деталей. Штамповку у деталей из листового материала производят на механических (кривошипных и эксцентриковых) гидравлических прессах.

2.Поковки. Их применяют для деталей сложной конфигурации большого сечения или деталей, имеющих большую разницу в сечениях по длине (шестерни, диски, ступенчатые и фланцевые валы). Поковки изготовляют на пневматических и паровоздушных молотах и гидравлических прессах из сортового проката или из слитков.

Точность заготовок, изготовленных свободной ковкой, невысокая, поэтому они имеют значительные припуски на обработку. Допуски на размеры поковок, изготовленных свободной ковкой на прессах, составляют 12-72 мм в завис-ти от конфигурации и р-ров поковки.

Свободной ковкой трудно получить заготовки сложной конфигурации с выступами, рёбрами, выемками.

Свободной ковкой получают заготовки в индивидуальном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда при применении проката расходуется большое кол-во металла на стружку, а также для повышения механических св-в материала.

3.Штамповки. Штампованные заготовки используют для про-ва деталей сложной конфигурации. При штамповке в закрытытх штампах ф-ма и р-ры заготовок определяются ф-мой и р-рами ручьёв штампа. В закрытых штампах можно получить детали сложной конфигурации – с рёбрами, выступами, изгибами. Производительность труда при этом высокая.

Например, производительность труда при штамповке сложных небольших деталей в нескольких ручьях составляет 200-400 деталей в час, а при штамповке более крупных деталей массой около 100 кг – до 100 деталей в час. Высокая точность загот-к позволяет значительно уменьшить припуски на обработку и в отдельных случаях, применяя чеканку. Совсем отказаться от припуска.

Но штамповка в закрытытх штампах применяется только при значительном кол-ве деталей в серии. Это объясняется высокой стоимостью ковочных и отрезных штампов.

Штамповки изготовляют на паро-воздушных и фрикционных молотах, на фрикционных, кривошипных и гидравлических прессах и на горизонтально- ковочных и ротационных машинах.

При небольших сериях штамповки могут быть изготовлены в подкладных штампах на ковочных молотах.

На горизонтальных ковочных машинах изготовляют детали типа клапанов, валов с фланцами, валов-шестерён, втулок, рычагов. При этом можно получить заготовку без штамповочных уклонов или с очень малыми штамповочными уклонами, с прошитыми глухими или сквозными отверстиями, а также заготовки с большой разницей сечения по длине.

Припуски на штампованных заготовках принимаются в пределах 0,5-5 мм и зависят от способа изготовления и раз-ров детали; допуски на изготовление обычно не превышают половины величины припуска.

В последнее время появились новые способы получения штампованных заготовок из сортового и листового проката;

Штамповка с применением взрывчатых вещ-в, при котор. взрывной волной, действующей на заготовку через водную или воздушную среду, ей придаётся форма матрицы, изготовленной из металла, бетона и др. материалов;

Штамповка в электромагнитном поле, при котор. под действием мощного кратковременного электромагнитного импульса заготовке придаётся ф-ма матрицы.

Преимуществами этих способов явл-ся возможность получения крупных заготовок при отсутствии мощного оборудования, простота оснастки и её невысокая стоимость, возможность штамповки заготовок из материалов, трудно штампуемых другими способами.

4.Отливки из стали, чугуна и цветных металлов. Их применяют в качестве заготовок для деталей сложной конфигурации.

Способы получения отливок:

1)литьё в земляные формы, котор. служат для изготовления только одной детали и при извлечении заготовки разрушаются;

2)литьё в оболочковые формы, изготовленные из песка, плакированного бакелитовыми или др. полимизирующими связками. В оболочковых ф-мах можно получить отливки высокой точности (4-5 класс) с чистотой пов-ти 4-5-го класса и малыми уклонами, что позволяет уменьшить припуски на м/о;

Малые литейные уклоны, что позволяет значительно сократить припуски на м/о, а в некотор. случаях оказаться от обработки;

3)литьё по выплавляемым моделям. Применяется для деталей из стали и цветных металлов. По выплавляемым моделям можно получить детали очень сложной конфигурации, с отв-ми, каналами, тонкими рёбрами и выступами, с точностью по 4-7 му классам и чистотой пов-ти 3-4 класса. Применение этого дорогостоящего метода получения заготовок целесообразно в тех случаях, когда точное литьё позволяет отказаться от м/о. Точным литьём изготовляют детали (грузы регуляторов, толкатели топливных насосов, крыльчатки водяных насосов). Этим методом можно получить отв-я ф до 2,5 мм и стенки толщиной до 0,3 мм;

4).центробежный способ литья. Этим способом получают заготовки для деталей, имеющих форму тел вращения (втулки, трубы, гильзы) и заготовки для деталей фасонного профиля, имеющих ось симметрии (рычаги, вилки и т.п);

5) литьё способом вакуумного всасывания. Этим способом изготовляют втулки и др.заготовки несложной формы;

6) литьё методом выжимания. Применяется для изготовления тонкостенных крупногабаритных деталей типа крышек, тонкостенных плит и др.

5.Штамповки из жидкого металла. Их используют для изготовления заготовок из цветных металлов. Заготовки получают путём заливки в подогретый штамп жидкого металла, котор. при охлаждении до полужидкого состояния под давлением пуансона заполняет форму и кристаллизуется. Кристаллизация под давлением обеспечивает плотность структуры, высокую точность и чистоту поверх-ти. Этот способ применяется для изготовления ответственных заготовок.

6.Металлокерамические заготовки. Их получают путём прессования заготовок из смеси металлических порошков в прессформах с последующим спеканием и калибровкой. Этим методом можно получить детали со спец-ми свойствами: жаростойкие(вставки седел клапанов)

Антифрикционные (втулки, подшипники),фрикционные, а также детали, не требующие доп.обработки.

Поковки, штамповки, отливки из чугуна, стали и лёгких сплавов перед м/о часто подвергают т/о: нормализации, отжигу, улучшению, старению, закалке и т.д. Это позволяет придать матер-лу заготовок повышенные мех-е св-ва, улучшить обрабатываемость или устранить внутренние напряжения, возникшие при остывании заготовки и вызывающие коробление деталей в процессе обработки и эксплуатации.

Вид заготовки оказывает значительное влияние на хар-р ТП, трудоёмкость и экономичность обработки.

При выборе заготовки желательно, чтобы её ф-ма максимально приближалась к форме готовой детали.Это позволяет лучше использовать материал и уменьшить затраты на снятие припуска.

Однако, при усложнении формы и повышении точности заготовок увеличивается стоимость изготовления, т.к. требуется применять более сложные и дорогие оснастку и оборудование. Поэтому для одинаковых деталей различных серий выбирают разные заготовки.

Если выпускается несколько десятков коленчатых валов двигателей, то применяется заготовка - поковка;

Если же необходимо производить несколько тысяч таких коленчатых валов, заготовка выполняется – штамповкой.

При определении ф-мы и р-ров заготовки необход. предусмотреть припуск, достаточный для получения требуемой чистоты обрабатываемых пов-тей с учётом компенсации погрешностей, вызываемых неточностью изготовления заготовки и её деформацией, а также погрешностей установки заготовки при обработке.

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

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

Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации практически из всех металлов и сплавов. Годовой объем выпуска отливок в Российской Федерации составляет более 5000 тыс. тонн, из них на долю чугунных отливок приходится около 75 %, стальных - 18 %, отливок из цветных сплавов - до 7 %, однако доля последних постоянно возрастает , что, в принципе, соответствует мировым тенденциям развития литейного производства.

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

Максимальный объем выпуска поковок в Российской Федерации составлял около 8 млн. тонн. В объеме выпуска поковок на долю кованых приходится около 33 %, штампованных - около 67 %. В 1998 году выпуск штамповок в России составил 16 % их мирового производства.

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

Сварные 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.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам очень точно соответствовать готовым деталям и требуют лишь незначительной, отделочной обработки.

Развитие машиностроения приводит к появлению новых ви­дов заготовок, в частности, заготовок из конструкционной керами­ки, применяемых при изготовлении теплонапряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей.

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

Как продукт заготовительного производства заготовку, в принципе, можно характеризовать теми же показателями качества, что и готовую деталь. Вместе с тем, заготовка не является ко­нечным продуктом машиностроительного производства в целом. Поэтому ее качество принято характеризовать лишь некоторыми из показателей качества, важнейшими из которых являются:

1) точность размеров основных (заданных) поверхностей;

2) отклонения пространственного расположения основных (заданных) поверхностей;

3) шероховатость основных (заданных) поверхностей;

4) глубина дефектного слоя основных (заданных) поверхностей;

5) твердость основного материала.

Качество заготовок деталей высокой ответственности допол­нительно могут характеризовать значения показателей физико-механических свойств, определяемых экспериментально в резуль­тате исследования образцов, вырезанных из заготовок, например, дисков турбин газо-турбинных двигателей (ГТД), а также сведения об ориентированности структуры материала заготовок рабочих лопаток турбин ГТД.

Качество заготовки зависит от технологических свойств ее: материала, ее вида и способа изготовления. Так, например, качест­во отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри сте­нок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаружива­ются только после черновой механической обработки.

Важнейшими показателями технологичности заготовки явля­ются: коэффициент использования материала, трудоемкость изго­товления, технологическая себестоимость.

Коэффициент использования материала (КИМ) определяют из выражения:

где m Д - масса готовой детали; m Р - масса всего израсходованного для ее изготовления материала, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т. п. Различают также коэффициент выхода год­ного материала (металла) в заготовительном производстве (K В.Г.) и коэффициент массовой точности (К М.Т.):

где m З - масса заготовки.

КИМ = K В.Г. К М.Т. .

Коэффициент использования материала характеризует общий расход материала на изготовление данной детали. Большее значе­ние КИМ соответствует более совершенной (менее материалоемкой) заготовке. Коэффициент выхода годного материала характеризует рас­ход материала в заготовительном производстве, уровень брака, объемы технологических отходов и т.п.

Средние по машиностроению значения рассматриваемых ко­эффициентов для основных видов заготовок из черных металлов и сплавов представлены в табл. 3.1.

Стремление к максимальному ресурсосбережению, созданию безотходного производства делает насущной необходимостью по­вышение КИМ до уровня современных требований: при КИМ ≥ 0,98 производство (технологию) считают безотходными; при 0,9 ≤ КИМ < 0,98 производство считают малоотходным; современ­ному среднему уровню требований ресурсосбережения отвечает 0,78 ≤ КИМ < 0,9.

Литье

Литье является одним из экономичных способов получения деталей и заготовок сложной формы, больших и малых размеров из различных металлов, сплавов, пластмасс и других материалов. Этот способ заключается в заливке расплавов в специально приго­товленные литейные формы.

В литейном производстве для получения металлических отливок применяют более 50 разновидностей литья: литье в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением и др.

Литейная форма - это применяемая в литейном производстве форма для получения отливок, состоит из собственно формы для воспроизведения наружных контуров отливок и литейных стержней для образования внутренних полостей и отверстий (рис. 3.1).

Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, охлаждаясь, затвердевает и принимает требуемые конфигурацию и размеры.

Литейный стержень - это отъемная часть литейной формы, оформляющая внутренние полости отливки. В тех случаях, когда кон­фигурация литейной модели затрудняет извлечение ее из литейной формы, литейные стержни могут использоваться и для формирования наружных частей отливки. Литейные стержни устанавливают на специальные опорные по­верхности литейной формы, называемые знаками.

Литье в песчаные формы- это способ получения отливок в ли­тейных формах, изготовленных из песчано-глинистых формовочных материалов и используемых для получения одной отливки.

Совокупность каналов (элементов), служащих для заполнения рабочей полости литейной формы расплавленным металлом, питания отливки при затвердевании и улавливания первых порций металла, шлака и загрязнений, называется литниковой системой. Основными элементами литниковой системы являются чаша, стояк, шлакоуло­витель, питатель, боковая прибыль, шейка.

Выпар - это вертикальный канал, соединенный с литниковой системой. Он расположен в верхней части литейной формы и предназначен для выхода газов при заполнении формы жидким металлом, контроля заполнения формы, а иногда - питания отливки металлом во время ее остывания.

Рис. 3.1. Последовательность изготовления формы (формовка): а - эскиз детали; б - эскиз полу-модели; в - стержень; г - изготовление нижней полу-формы; д - изготовление стержня; е - форма в сборе; 1 - базовый выступ; 2 - базовая впадина; 3 - знак; 4 - модельная плита; 5 - стержневой ящик; 6 - стержень; 7 - нижняя опока; 8 - зажимной болт; 9 - верхняя опока; 10 - вентиляционный канал; 11 - выпар; 12 - литниковая система; 13 - базовый штифт; 14 –полу-формы.

Разовые литейные формы получают с помощью специальных комплектов приспособлений - модельного и формовочного.

Модельный комплект необходим для образования при формов­ке рабочей полости литейной формы. В комплект входят литейная модель, стержневые ящики, модели литниковой системы, шаблоны для конкретной отливки, модельные плиты и др.

Литейная модель - это часть модельного комплекта, служащая для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего кон­фигурации и размерам отливки. Модели изготавливают из древесины, металлических и специальных модельных сплавов и пластмасс. Существуют одноразовые модели и модели для многократного использования. Деревянные модели отличаются простотой изготовления, невысокой стоимостью, относительно малой массой, однако они недолговечны. Применение деревянных моделей целесообразно в опытном и разо­вом производстве.

Модельная плита - это плита, оформляющая разъем литейной формы и несущая на себе различные части модели, включая литни­ковую систему, и служащая для набивки формовочной смесью одной из парных опок.

Стержневой ящик - приспособление, служащее для изготовле­ния стержней. Конструкция стержневого ящика зависит от формы и размеров стержня, способа его изготовления. Для свободного, удаления стержня из ящика на соответствующих поверхностях предусматривают формовочные уклоны. Стержневые ящики могут быть изготовлены из дерева, металла или пластмассы.

В формовочный комплект входят опоки, штыри, скобы и другие приспособления, необходимые для получения разовой песчаной формы.

Опокой называют приспособление в виде жесткой рамы (откры­того ящика), служащее для удержания в нем формовочной смеси при изготовлении разовых песчаных форм, транспортирования и за­ливки металла. Опоки изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Основными операциями при изготовлении литейной формы явля­ются: уплотнение формовочной смеси, придание форме достаточной прочности и устройство вентиляционных каналов.

Изготовление литейной формы начинают с того, что на модельную плиту 4 (см. рис. 3.1) устанавливают нижнюю половину модели и нижнюю опо­ку 7 рабочей плоскостью вниз. На модель наносят слой облицовочной смеси толщиной 40... 100 мм, который слегка уплотняют. Затем опоку заполняют наполнительной смесью и уплотняют.

Опоку с заформованной в ней половиной модели поворачивают на 180° и вновь устанавливают на модельную плиту. На нижней половине модели фиксируют ее верхнюю половину, устанавливают модели стояка и выпаров. На нижнюю опоку устанавливают верхнюю, извлекают модели стояка и выпара.

Верхнюю полу-форму снимают, поворачивают на 180° извлекают половины моделей отливки и литниковой системы. Затем в нижнюю полу-форму устанавливают литейный стержень, который оформляет внутреннюю полость отливки, и на нижнюю полу-форму с помощью штырей устанавливают верхнюю полу-форму. Для улучшения газопроницаемости формы делают вентиляционные каналы 10. После скрепления опок литейная форма считается подготовленной к заливке.

Изготовление отливок в песчаных формах включает в себя следую­щие основные технологические операции: заливку литейной формы расплавленным металлом, охлаждение отливки в литейной форме, выбивку отливки из литейной формы, обрубку и очистку отливок.

Заливка литейной формы заключается в равномерном заполнении литейной формы расплавленным металлом. Важное значение при за­ливке имеет обеспечение рациональной температуры заливки расплав­ленного металла, которая должна быть примерно на 100... 150° С выше температуры отвердения. Для крупных отливок из серого чугуна температура заливки обычно находится в пределах 1230... 1300° С, для мелких и средних отливок из серого чугуна - 1320... I400° С, для тонкостенных отливок - 1360... 1450° С. Высокопрочный и бе­лый чугун заливают при температуре 1320... 1450º С, углеродистую и низколегированную стали - при температуре 1520... 1560° С. Для тонкостенных отливок из легированной коррозионностойкой стали 12Х18Н9ТЛ температура заливки достигает 1620° С.

Бронзу и латунь обычно заливают при температуре 1000...1 100° С, алюминиевые и магниевые сплавы - при 680... 760° С, титановые сплавы - при 1800... 1860° С.

Продолжительность заливки расплава в форму зависит от сте­пени сложности конфигурации отливок, литейного сплава и метал­лоемкости литейной формы (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Влияние массы отливки m на продолжительность заливки τ

Охлаждение отливок в литейных формах после заливки проис­ходит от температуры заливки до достижения рациональной темпе­ратуры выбивки. Продолжительность выдержки в форме определяется толщиной стенки отливки, свойствами залитого сплава и литейной формы, температурой выбивки и может быть рассчитана или определена экспериментально.

Небольшие тонкостенные отливки охлаждаются в форме в течение нескольких минут, а толстостенные крупные (массой 50...60 т) - в течение нескольких суток и даже недель (табл. 3.2).

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.

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

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.

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

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

Выделяют следующие виды заготовок:

получаемые литьем (отливки);

получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки);

заготовки из проката (получаемые отрезкой);

сварные и комбинированные заготовки;

получаемые методами порошковой металлургии.

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

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

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.

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.

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).

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.

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

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

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной.

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.

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).

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).

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.

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.