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.

1. Типы и формы производства и методы организации его подготовки

1.1 Типы производства

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

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

К З.О ,=О/Р , (1.1)

где О - число различных операций, выполняемых на рабочих местах участка или цеха в течение месяца;

Р - количество рабочих мест на участке или в цехе.

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

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

Отсюда

Следовательно, производство на участке крупносерийное.

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

Технические характеристики различных типов производства заготовок

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

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

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

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

1.2 Производственный и технологический процессы

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

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

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

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

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

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

1.3 Принципы, формы и методы организации производства

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

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

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

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

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

Поточная форма характеризуется специализацией каждого рабочего места, согласованным и ритмичным выполнением всех операций технологического процесса на основе такта выпуска, размещением рабочих мест в последовательности, соответствующей последовательности выполнения технологических операций. Поточная форма производства реализуется в виде поточной линии. Поточные линии, на которых заготовки изготовляются поочередно, партиями, называются переменно-поточными. Они характерны для серийного производства и применяются при изготовлении конструктивно близких заготовок с соответствующими переналадками оборудования и оснастки. Если на поточной линии все процессы автоматизированы, то поточная линия называется автоматической.

1.4
Понятие о единой системе технологической подготовки производства

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

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

Одно из видных мест в ЕСТПП занимает проектирование заготовок и технологических процессов их получения.

1.5 Назначение и тенденция развития заготовительного производства

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

В машиностроении используют заготовки, получаемые литьем, обработкой давлением, сваркой, а также из пластмасс и порошковых материалов (табл. 1.2). Современное заготовительное производство располагает возможностью формировать заготовки самой сложной конфигурации и самых различных размеров и точности.

Примерная структура производства заготовок в машиностроении

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

Контрольные вопросы

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

2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?

3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?

4. Какие существуют формы организации технологических процессов?

5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте её назначение.

6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?

7. Какие заготовки используют в машиностроении?

2. Основные понятия о заготовках и их характеристика

2.1 Заготовка, основные понятия и определения

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

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

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

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

2.2 Припуски, напуски и размеры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.3 Конструкционные материалы

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

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

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

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

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

2.4 Качество заготовок

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

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

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

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

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

2.4.1 Точность заготовок

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

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

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

2.4.2 Качество поверхностного слоя заготовок

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

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

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

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

2.5
Технологичность заготовок

2.5.1 Основные понятия технологичности

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

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

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

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

2.5.2 Показатели технологичности

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

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

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

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

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

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

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

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

С т.д = М + 3 + И и.о +С об, (2.2)

где М - стоимость расходуемых основных материалов, р./шт.; 3 - заработная плата производственных рабочих, р./шт.; И и.о - возмещение износа оснастки, р./шт.; С об - расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования за время изготовления одной детали, р./шт.

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

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

К и.м =G д /G p , (2.3)

где G д - масса готовой детали;

G p - масса всего израсходованного металла, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т. п.

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

К в.г = G з /G р, (2.4)

где G 3 - масса заготовки;

K в.т = G д /G з. (2.5)

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

К и.м = К в.г К в.т. (2.6)

2.5.3 Обеспечение технологичности заготовок на стадии проектирования

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

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

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

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

4. Желательно максимально использовать способы получения заготовок, не требующие последующего снятия стружки (рис. 2.2).

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

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

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

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

Рис. 2.4. Конструкция цельной (о) и составной (б) детали

Контрольные вопросы

1. Что такое заготовка? Как классифицируют заготовки?

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

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

4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?

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

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

7. Что понимают под технологичностью заготовки и какими показателями она оценивается?

8. Как обеспечивается технологичность заготовок на стадии проектирования?

Классификация методов получения заготовок

Заготовка

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

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

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

Основные способы изготовления заготовок приведены на рисунке 1.

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

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

.

Под

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

Литье

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

Обработка пластическим деформированием

- технологические процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.

Сварка

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

Резание

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

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

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

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

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

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

Критерии выбора

метода получения исходных заготовок чаще всего определяются производственной программой:

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

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

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

Основные методы получения исходных заготовок :

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

Производство заготовок литьем

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

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

Литье в песчано-глинистые формы

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

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

Литье в оболочковые формы

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

Литье в кокиль

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

Литье по выплавляемым моделям .

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

Литье под давлением .

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

Литьем вакуумным всасыванием

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

Центробежное и другие виды литья

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

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

Непрерывным и полунепрерывным

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

Электрошлаковым литьем

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

Литьем выжиманием

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

Штамповкой из расплава

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

Производство исходных заготовок пластическим деформированием

Машинную ковку производят

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

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

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

Штамповка

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

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

Листовая штамповка

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

Фасонную

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

Высадка

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

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

Исходные заготовки, получаемые методом порошковой металлургии

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

Металлокерамические материалы .

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

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

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

Окончательный выбор метода устанавливают на основе расчетов:

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

Вопросы и задания для самоконтроля

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

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

Рис. 6.1.

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

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

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

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

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

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

Рис. 6.3.

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

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

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

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

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

Рис. 6.4.

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

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

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

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

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

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

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

Кафедра
«Газотурбинные технологии»
2018-2019 учебный год
Преподаватель: Юрий Носов
2018

Тема: Заготовительное производство в машиностроении
Объём: лекция – 2 часа; СРС – 2 часа.
Литература:
С. Г. Ярушин. Технологические процессы в машинрстроении. Москва, Юрайт, 2015
Гаркушин И.К. Конструкционные материалы: состав, свойства, применение: учеб. пособие Самар.
гос. техн. ун-т, 2015. – 239 с.
Рогов В.А., Соловьев В.В., Копылов В.В. Новые материалы в машиностроении: Учеб. пособие. –
М.: РУДН, 2008. – 324 с.
Б. С. Балакшин. Основы технологии машиностроения, учеб. для машиностроит. Вузов
Ткачев, А.Г. Проектирование технологического процесса изготовления деталей машин. Изд-во
Тамб. гос. тех. ун-та, 2007. – 48 с.
Преподаватель: Юрий Носов
2

Заготовительное производство в машиностроении

Определение
Классификация заготовок
Методы получения заготовок
Факторы, влияющие на выбор метода и способа получения заготовок
--
-- Оболочковое литье
-- Литье по выплавляемым моделям
-- Литье в металлические формы
-- Литье под давлением
-- Центробежное литье
Производство заготовок пластическим деформированием
-- Холодная штамповка
-- Импульсная штамповка
-- Холодная объемная штамповка
-- Горячая штамповка
-- Волочение
-- Прокатка
Получение заготовок методом порошковой металлургии
Преподаватель: Юрий Носов
3

Заготовительное производство в машиностроении

Определения
Заготовка – предмет производства, из которого различными методами
путем изменения формы, размеров, физических и механических свойств
материала, качества поверхности получают деталь.
В машиностроении под заготовкой принято понимать полуфабрикат,
поступающий на механическую обработку, в результате которой он
превращается в годную для сборки деталь.
Полуфабрикат – конструкционный материал, прошедший одну или
несколько стадий обработки (лист, труба, пруток, профиль и т.п.),
предназначенный для изготовления заготовок и деталей.
Полуфабрикат является промежуточным звеном в цепочке от материалов,
до готовой продукции
Преподаватель: Юрий Носов
4

Заготовительное производство в машиностроении

Определения
Припуск на механическую обработку – это слой материала, удаляемый с
поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и
размеров детали.
Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров
которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.
Припуски делят на общие и операционные.
Общий припуск на обработку – это слой материала, необходимый для выполнения
всех технологических операций, совершаемых над данной поверхностью.
Oneрационный припуск – это слой материала, удаляемый при выполнении одной
технологической операции.
Напуск – это избыток материала на поверхности заготовки сверх припуска,
обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию
заготовки для облегчения условий ее получения.
В большинстве случаев он удаляется последующей механической обработкой, реже остается в
детали, например, в виде штамповочных уклонов, увеличенных радиусов закруглений и др.
Преподаватель: Юрий Носов
5

Заготовительное производство в машиностроении

Классификация заготовок
Заготовки в машиностроении бывают четырех видов:
-- бунтовые – проволока или лента, свернутые в бунт;
-- прутковые – прутки, полосы, тяги;
-- штучные – отливки, поковки, штучные из прутков;
-- порошковые – пресс-порошки, гранулы, таблетки
-- из бунтовых заготовок большой длины можно получить очень большое
число деталей;
-- из прутковых заготовок – меньшее число;
-- из штучной заготовки– одну или несколько деталей.
Преподаватель: Юрий Носов
6

Заготовительное производство в машиностроении

Классификация заготовок
Преподаватель: Юрий Носов
7

Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Технологичность - это одна из комплексных характеристик
технического устройства (изделие, устройство, прибор, аппарат), которая
выражает удобство его производства, ремонтопригодность и
эксплуатационные качества.
Под технологичностью конструкции изделия понимают 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.
Технологичность выражает не функциональные свойства изделия, а его
конструктивные особенности: состав и взаимное расположение узлов;
форму и расположение поверхностей деталей и соединений, их состояние,
размеры, вид используемых материалов; количество деталей в машине или
узле, качество их изготовления и т.д.
Главным критерием технологичности конструкции изделия является ее
экономическая целесообразность в принятых условиях производства, ее
трудоемкость, материалоемкость и себестоимость, а также затраты в
процессе эксплуатации изделия
Преподаватель: Юрий Носов
8

Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Под технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная
заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает
долговечность и надежность работы детали при эксплуатации.
Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства
обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость,
трудоемкость и материалоемкость.
Перед заготовительным производством стоит задача получения
заготовок с максимальным приближением к форме и размерам готовой
детали, максимально увеличить коэффициент использования металла,
т.е. оставить на обработку резанием минимально необходимые припуски и
уменьшить количество металла, обращаемого в стружку.
Оптимальное решение при выборе заготовок может быть найдено
только при условии комплексного анализа влияния на себестоимость всех
факторов, в том числе и способа получения заготовки.
Преподаватель: Юрий Носов
9

10. Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Небольшие по размерам и массе детали целесообразно изготавливать из
бунтовых и прутковых заготовок.
Для получения высокого коэффициента использования материала
необходимо применять штучные заготовки, по форме и размерам близкие к
готовой детали.
Из порошков и гранул получают штучные заготовки или готовые детали,
дальнейшая обработка которых почти не требуется.
Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить
рациональный технологический процесс её получения с учётом материала
детали, требований к точности её изготовления, технических условий,
эксплуатационных характеристик и серийности выпуска.
Преподаватель: Юрий Носов
10

11. Заготовительное производство в машиностроении

Технологичность заготовительного производства
Выбор метода получения заготовки
Выбор рационального вида заготовок определяется:
-- функциональными требованиями к детали,
-- характером производства,
-- экономической целесообразностью.
Исходя из конструктивных форм, габаритных размеров, марки материала и
необходимого количества выпускаемых деталей в единицу времени
определяют метод получения заготовки. При этом основываются только на
технологических свойствах данного материала, таких как возможность литья,
штампуемость, прессуемость, свариваемость, обрабатываемость резанием.
Преподаватель: Юрий Носов
11

12. Заготовительное производство в машиностроении

Схема выбора метода получения заготовки
Преподаватель: Юрий Носов
12

13. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок
Литье – получение заготовок путем заливки расплавленного металла

конфигурацию заготовки.
Обработка пластическим деформированием – технологические
процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений из
металлов и сплавов в результате образования атомно-молекулярных
связей между частицами соединяемых заготовок.
Резание – получение заготовки из проката, полученного пластическим
деформированием, отрезкой или вырезкой.
а – из проката;
б – поковки;
в – отливки
Примеры заготовок
Преподаватель: Юрий Носов
13

14. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок

литейную форму.
Отливки могут быть изготовлены практически из всех металлических материалов.
Методами литья изготовляются самые сложные по конфигурации заготовки.
Поковки изготовляются методами ковки или горячей объемной
штамповки (ГОШ) из проката или слитков, нагретых до «ковочных
температур». Поковки могут быть из любых металлических материалов,
обладающих достаточной пластичностью.
Сварные заготовки изготовляются различными способами сварки из
сортового, фасонного и листового проката, отливок, поковок или любой их
комбинации. Они применяются в случаях, когда необходимо рационально
распределить материал в конструкции.
Преподаватель: Юрий Носов
14

15. Заготовительное производство в машиностроении

Факторы, влияющие на выбор метода и способа получения заготовок
Факторы, влияющие на себестоимость производства в машиностроении,
делятся на три группы:
1-я группа – конструктивные факторы, т.е. конструктивное решение
самой детали, обеспечивающее приемлемость её для изготовления
обработкой давлением, литьем, сваркой; выбор марки материала и
технологических условий;
2-я группа – производственные факторы, т.е. характер и культура
производства, технологическая оснащенность, организационные и
технологические уровни производства;
3-я группа – технологические факторы, характеризующие способ
формообразования заготовок, выбор самой заготовки, оборудования и
технологического процесса получения детали.
Преподаватель: Юрий Носов
15

16. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок методами литья
Литье – один из старейших способов получения заготовок (в ряде случаев и
готовых деталей).
Первым литейным заводом в России был пушечно-литейный завод
«Пушечная изба», построенный в Москве в 1479 г.
Литье – формообразование из жидкого (расплавленного) металла путем
заполнения им полости заданной формы и размеров с последующей
кристаллизацией.
Литье – получение заготовок в результате заливки расплавленного металла
заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет
конфигурацию получаемого изделия.
Продукция литья называется отливкой.
Сущность литья сводится к получению жидкого металла нужного химического состава и
заливке его в заранее приготовленную литейную форму.
В процессе кристаллизации и охлаждения залитого металла формируются основные
механические свойства отливки, определяемые макро- и микроструктурой сплава, его
плотностью, наличием неметаллических включений, внутренних напряжений и т. п.
Литьем можно получать заготовки практически любой конфигурации
с массой от долей грамма до сотен тонн.
Преподаватель: Юрий Носов
16

17. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок методами литья
Отливки изготовляются путем заливки жидкого металла в подготовленную
литейную форму.
Схема получения отливки
Преподаватель: Юрий Носов
17

18. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье в песчаные формы (литье в землю) – процесс получения отливок
путем свободной заливки расплавленного металла в форму, изготовленную из
песка с добавлением глины, воды и небольшого количества специальных
добавок.
1 – стержень;
2, 4 – верхняя и нижняя опоки;
3 – штырь; 5 – выпор;
6 – канал для отвода газов;
7 – литниковая чаша;
8 – стояк; 9 – шлакоуловитель;
10 – питатель
Литейная форма в сборе
Преподаватель: Юрий Носов
18

19. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Оболочковое литье – способ получения детали в тонкостенных формахоболочках толщиной 6…15 мм, изготовленных из высокопрочных песчаносмоляных смесей.
Форма состоит из двух оболочковых полуформ, соединенных по вертикальной
или по горизонтальной линии разъема путем склеивания или при помощи скоб
или струбцин. Для получения внутренних полостей в отливках при сборке
формы в нее устанавливают сплошные или полые стержни.
Оболочки изготавливают из песчано-смоляных смесей горячего отверждения
Схема технологического процесса изготовления оболочковой
формы
1 – модель детали; 2 – подмодельная плита; 3 –
формовочная смесь; 4 – оболочка
Преподаватель: Юрий Носов
19

20. Заготовительное производство в машиностроении

Оболочковое литье
Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в землю:
-- более высокая точность (12…14 квалитеты) и качество поверхности (Rz 160…40);
-- высокая газопроницаемость оболочек, что существенно снижает брак по газовым
пузырям и раковинам;
-- меньше расход формовочной смеси (в 20…30 раз);
-- процесс легко механизировать и автоматизировать;
-- высокая производительность формовки (до 500 оболочек в час).
Недостатки:
ограниченная масса отливок (до 300 кг, наиболее экономично до 50…80 кг);
большая стоимость формовочных материалов за счет высокой стоимости смолы.
Преподаватель: Юрий Носов
20

21. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье по выплавляемым моделям – способ получения детали заливкой в
неразъемные, тонкостенные керамические формы, изготовленные с
помощью моделей из легкоплавящихся составов.
Применение таких форм позволяет получать сложные по форме отливки из любых
сплавов с повышенной точностью по размерам и чистоте поверхности. Этот способ
часто называют способом точного литья.
а – блок моделей;
б – блок покрытый слоем
огнеупорного материала
(оболочкой);
в – заформованные модели
Изготовление форм по выплавляемым моделям
Преподаватель: Юрий Носов
21

22. Заготовительное производство в машиностроении

Литье по выплавляемым моделям
Особенности способа и области применения. Литье по выплавляемым
моделям обеспечивает получение сложных по форме литых деталей из любых
сплавов с повышенной точностью и чистотой поверхности.
При его применении значительно уменьшается, а в ряде случаев
исключается механическая обработка деталей. Вместе с этим
технологический процесс является продолжительным и технически сложным,
требует расхода дорогих материалов.
Стоимость 1 т отливок в несколько раз больше, чем при других способах
литья. Наиболее часто этим способом получают небольшие отливки.
Литье по выплавляемым моделям применяют при массовом производстве
мелких, сложных, тонкостенных отливок.
Для некоторых труднообрабатываемых жаропрочных, магнитных и других сплавов с
особыми свойствами получение точных отливок по выплавляемым моделям является
единственным способом изготовления изделий. Одним из направлений в развитии
точного литья является применение взамен легко выплавляемых моделей легко
растворимых и газифицируемых моделей.
Преподаватель: Юрий Носов
22

23. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье в металлические формы (кокили) – получение литых деталей
путем свободной заливки расплава в металлические формы.
Способ получил большое распространение. Этим способом получают более
40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна,
стали и других сплавов.
Конструкции кокилей чрезвычайно разнообразны, они могут быть неразъемными
(вытряхными) и разъемными. Неразъемные кокили применяют для получения
небольших отливок простой конфигурации, которые можно удалять без разъема формы.
Особенности способа и области применения.
Литье в металлические формы – один из прогрессивных способов изготовления
отливок. Кокиль – форма многократного использования; в нем можно получить
300…500 стальных отливок массой 100…150 кг, около 5000 чугунных мелких отливок,
несколько десятков тысяч отливок из алюминиевых сплавов.
Метод обеспечивает высокую точность (11…12 квалитет) и качество поверхности (Rz
40) отливок. структура металла получается мелкозернистой, вследствие повышенного
теплоотвода формы, что приводит к существенному повышению механических свойств.
Недостатками метода являются высокая стоимость кокилей, трудоемкость в
изготовлении сложных по конфигурации и тонкостенных отливок, сравнительно
невысокая стойкость кокиля при литье из тугоплавких сплавов.
Преподаватель: Юрий Носов
23

24. Заготовительное производство в машиностроении

Технологический процесс литья в кокиль
1. Подготовка кокиля к заливке (обдув сжатым воздухом, нанесение на
рабочую поверхность формы слоев облицовки и краски). Огнеупорная
облицовка слоем 0,3…0,8 мм наносится через каждые 50…100 заливок; тонкий
слой меловой краски – перед каждой заливкой (для повышения стойкости
формы).
2. Сборка кокиля с установкой стержней.
3. Нагрев формы до 100…500°С для предотвращения снижения
жидкотекучести заливаемого сплава. Практически в процессе работы форма
постоянно поддерживается в нагретом состоянии.
4. Заливка металла в форму.
5. Извлечение отливки в горячем состоянии с помощью выталкивателей или
вытряхиванием.
6. Обрубка и очистка литья.
Все операции литья в кокиль могут быть механизированы. В обычных
литейных машинах механизированы открывание и закрывание форм,
установка стержней, выемка (выбивка) отливок
Преподаватель: Юрий Носов
24

25. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье под давлением – процесс получения отливок в металлических
формах (прессформах), при котором заливка металла и формирование
отливки осуществляются под давлением воздуха или поршня.
Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в
камеру сжатия литейной машины и последующей подаче его через
литниковую систему в полость формы. Заполнение формы происходит при
высокой скорости потока (большой кинетической энергии струи), что
способствует четкому оформлению поверхностей отливок самой сложной
конфигурации.
Литьем под давлением получают детали гидроприводов, электрооборудования,
распределительных коробок, приборных плат и др. способ имеет следующие
преимущества: возможность получения сложных (в том числе армированных.) отливок с
тонкими стенками (от 0,8 мм), с готовыми отверстиями, мелкими резьбами и надписями;
высокая точность размером (8…12 квалитеты) и качество поверхности (Rz=l2,5…2 мкм);
высокая производительность; возможность автоматизации процесса; высокие
механические свойства отливок.
Недостатки:
-- высокую стоимость технологической оснастки;
-- образование пористости в массивных отливках из-за перемешивания жидкого
металла с воздухом при высоких скоростях заливки.
Преподаватель: Юрий Носов
25

26. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Литье под давлением
Схема холодной вертикальной камеры сжатия
а – заливка; б прессование; в – раскрытие формы
Схема поршневой машины
с горячей камерой прессования
Преподаватель: Юрий Носов
Схема холодной горизонтальной камеры сжатия
а – заливка; б прессование;
в – раскрытие формы; г – удаление отливки
26

27. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Центробежное литье – процесс получения отливок путем заливки
расплавленного металла во вращающуюся форму, при котором
формирование отливки происходит под действием центробежных
(инерционных сил). Внешняя поверхность отливки оформляется формой (она
называется изложницей), а внутренняя получается под действием
центробежных сил.
Схема центробежного литья
1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – ролик;
4 – форма-изложница; 5 – желоб
Преподаватель: Юрий Носов
При вращении формы вокруг
горизонтальной оси отливка
получается равностенной на любой
длине (при достаточной скорости
вращения), поэтому по такой схеме
получают длинные трубы. По
сравнению с другими способами
получения заготовок (ковкой и
прокаткой) достигается большая
экономия дорогой стали, высокая
производительность и сокращение
объема механической обработки при
вполне удовлетворительных
механических свойствах.
27

28. Заготовительное производство в машиностроении

Методы получения заготовок методами литья
Центробежное литье
Преимущества метода:
-- мелкозернистая структура отливок;
-- меньшая загрязненность неметаллическими включениями и газами, так
как последние вытесняются к центру вращения и впоследствии удаляются
механической обработкой;
-- для образования отверстий не требуются стержни;
-- экономится металл благодаря отсутствию литниковых систем, выпоров,
прибылей и т. п.
Недостатки способа:
-- трудность получения точного размера отверстия;
-- повышенная ликвация сплава (устраняется диффузионным отжигом).
Центробежное литье применяют также для получения биметаллических изделий
из композиций типа: сталь-бронза, чугун-бронза, сталь-чугун, сталь-сталь (разных
марок) и т. п. Это достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов.
Преподаватель: Юрий Носов
28

29. Заготовительное производство в машиностроении

Производство заготовок пластическим деформированием
Методы производства заготовок пластическим деформированием,
объединяются под общим наименованием обработка давлением:
-- штамповка в холодном и горячем состояниях;
-- прессование;
-- волочение;
-- прокатка;
-- накатка;
-- ковка и др.
Сущность этих процессов заключается в том, что металл в холодном
или горячем состоянии изменяет свою форму (деформируется) под действием
давления, равное пределу текучести металла.
Многие металлы в холодном состоянии обладают высоким пределом текучести.
Поэтому для деформирования металла приходится прилагать большие усилия.
Уменьшить предел текучести возможно, если подлежащие обработке заготовки
нагреть. Обработку металла давлением производят при температурах, при которых
металл становится пластичным и неспособным к рекристаллизации.
Преподаватель: Юрий Носов
29

30. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Холодная штамповка – это один из видов обработки металлов давлением,
при котором металл деформируется пластически в холодном состоянии. В
зависимости от вида исходного материала и типа изделия холодная
штамповка может быть листовой или объёмной
Листовая штамповка применяется для изготовления деталей из листового
материала, например деталей автомобилей (крыша, крылья, колпаки и др.),
самолетов, вагонов, химических аппаратов, электроприборов, многих изделий
широкого потребления (бидоны, ложки, кастрюли и т. п.).
Холодной объемной штамповкой изготовляют изделия из объёмных
заготовок – главным образом из пруткового материала. Холодной объёмной
штамповкой получают крепежные детали (болты, гайки, заклепки), шарики,
ролики, кольца подшипников, многие детали автомобилей, самолетов,
тракторов и других машин.
По сравнению с обработкой резанием холодная штамповка позволяет сократить расход металла,
так как металл не отделяется в стружку, уменьшить трудоемкость изготовления изделий и повысить
производительность труда. Одновременно холодная обработка давлением обеспечивает
упрочнение обрабатываемого металла, что позволяет делать детали более легкими, менее
металлоемкими и более износостойкими.
Преподаватель: Юрий Носов
30

31. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Операции холодной штамповки объединяют в две группы:
-- разделительные;
-- формоизменяющие
К разделительным относятся операции, в результате которых происходит
полное или частичное отделение одной части материала от другой по
замкнутому или незамкнутому контуру.
К формоизменяющим – операции, в результате которых происходит
изменение формы и размеров заготовки, перераспределение и заданное
перемещение объемов металла.
Преподаватель: Юрий Носов
31

32. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Раскрой материала.
Существует три типа раскроя:
Раскрой с отходами применяют для получения простых по форме деталей
повышенной точности (10…12 квалитет).
Раскрои с частичными отходами
Раскрои без отходов применяют для простых по форме деталей низкой точности
(12…14 квалитет).
Типы раскроя листового материала
а,б,в,и - однорядный;
д,е,ж,з - многорядный;
а,б,в,г,д,е,з,и - с отходами;
ж - без отходов
Преподаватель: Юрий Носов
32

33. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Разделительные операции
Отрезка (а) – отделение одной части материала от другой по незамкнутому
контуру производится на ножницах или в штампах
Вырубка (б) – отделение детали от полосы или листа по внешнему замкнутому
контуру
Пробивка (в) – получение отверстий в листовых заготовках
Обрезка (г) – отделение от детали технологического отхода
Надрезка (д) – неполное отделение части заготовки
Проколка (е) – образование сквозных отверстий в листовой заготовке без
удаления материала в отход
Вырубку, пробивку, зачистку, разрезку и надрезку выполняют в штампах на прессах.
Преподаватель: Юрий Носов
33

34. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Разделительные операции
Ножницы для отрезки листового материала бывают параллельные,
гильотинные, роликовые и вибрационные
Схемы ножниц
а – гильотинные; б – дисковые с прямо поставленными ножами;
в – дисковые с наклонно поставленными ножами; г – вибрационные
Преподаватель: Юрий Носов
34

35. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Формоизменяющие операции листовой штамповки:
-- гибка (а);
-- вытяжка (б);
-- отбортовка (в);
-- закатка (г);
-- скручивание (д);
-- раздача (е);
-- обжим (ж);
-- формовка (з);
-- правка (и);
-- чеканка (к);
-- калибровка (л);
-- кернение (м)
Преподаватель: Юрий Носов
35

36. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная штамповка
Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или
придание ей криволинейной формы.
При гибке слои металла, расположенные у внутренней поверхности, в месте изгиба
сжимаются, а слои, расположенные с наружной стороны, растягиваются в
продольном направлении. В поперечном направлении наблюдается обратная
картина. Поэтому форма поперечного сечения нешироких и достаточно толстых полос
при гибке в месте изгиба искажается. Слой заготовки, который при гибке не
испытывает ни растяжения, ни сжатия, называется нейтральным.
Для получения точных размеров гибку заканчивают калибрующим ударом,
обеспечивающим полное прилегание заготовки к пуансону
Вытяжка – образование полой детали (типа стакан) из плоской или полой
заготовки.
Преподаватель: Юрий Носов
36

37. Заготовительное производство в машиностроении

Импульсная штамповка
Импульсная штамповка. Штамповка (вытяжка, вырубка, гибка, пробивка и
т. д.) в этом случае осуществляется под действием мгновенного импульса
давления.
Такой импульс создается взрывом (штамповка взрывом), электрическим разрядом в
жидкой среде (электрогидравлическая штамповка) или действием магнитного поля
(электромагнитная штамповка).
Штамповка взрывом осуществляется ударной волной в газообразной, жидкой или
сыпучей среде.
При штамповке взрывом в жидкой среде или при лектрогидравлической
штамповке матрица устанавливается в специальном резервуаре, который заполняют
водой. Взрыв или электрический импульс в жидкой среде создает ударную волну, которая
осуществляет штамповку.
Устройства для штамповки взрывом размещают в бетонных камерах или колодцах. Так
обеспечивается безопасность процесса. Воздух из полости матрицы под заготовкой
выкачивают.
Преподаватель: Юрий Носов
37

38. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры схем импульсной штамповки
Схема штамповки взрывом
1 – рама;
2 – заряд;
3 – корпус взрывной камеры;
4 – заготовка;
5 – матрица;
6 – канал для откачивания воздуха
Преподаватель: Юрий Носов
Схема штамповки электрическим разрядом
1 – прижим;
2 – резервуар,
3 – деформированная заготовка,
4 –матрица,
5 – канал для откачивания воздуха
38

39. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры деталей, полученных по технологии импульсной штамповки
Преподаватель: Юрий Носов
39

40. Заготовительное производство в машиностроении

Холодная объемная штамповка
Холодная объемная штамповка – один из наиболее производительных
методов изготовления деталей из сталей, цветных металлов и их сплавов.
Его широко применяют в машиностроении, приборостроении и других
отраслях металлообрабатывающей промышленности.
Примеры деталей, получаемых холодной объемной штамповкой
Преподаватель: Юрий Носов
40

41. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Примеры формоизменяющих операций
б – осадка открытая;
в – осадка закрытая;
г – рельефная чеканка;
д – высадка;
е – калибровка;
ж – прямое выдавливание;
з – обратное выдавливание;
и – выдавливание полостей
Преподаватель: Юрий Носов
41

42. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Высадка –операция, при которой производится осадка части заготовки.
Применяют эту операцию для получения местных утолщений. Особенно
широко высадка используется для получения головок болтов, винтов,
заклепок на холодно-высадочных прессах-автоматах.
Производительность таких автоматов достигает нескольких сотен деталей в
минуту, что в десятки раз превышает производительность токарных
автоматов.
Штамповка выдавливанием. При выдавливании деформируемый металл
под действием пуансона вытесняется в отверстие матрицы или в зазор между
пуансоном и матрицей.
При прямом – металл течет в сторону рабочего хода пуансона и выдавливается в
сквозное отверстие матрицы. Прямое выдавливание применяют для получения как
сплошных, так и полых деталей.
При обратном выдавливании металл течет в направлении, противоположном
движению пуансона, и выдавливается в зазор между пуансоном и матрицей.
При комбинированном – металл течет как в направлении рабочего движения
пуансона, так и в противоположном.
Преподаватель: Юрий Носов
42

43. Заготовительное производство в машиностроении

Формоизменяющие операции
Калибровку применяют для получения точных размеров и высокой чистоты
поверхностей штампованных деталей.
Калибровка (рисунок 5.23,е) – это окончательная операция обработки давлением
полуфабрикатов, предварительно полученных горячей или холодной объемной
штамповкой, к которым предъявляются повышенные требования по точности размеров и
шероховатости поверхности. Например, калибруют в холодном состоянии горячештампованные шатуны автомобильных двигателей, различные штампованные рычаги,
некоторые холодноштампованные детали автомобилей, приборов, часов и др.
Калибровку осуществляют в штампах на кривошипных, чеканочных и
гидравлических прессах.
Рельефная чеканка. Рельефной чеканкой (рисунок 5.23,г) получают на поверхности
деформируемой детали точные выступы, углубления, надписи, рисунки и т. п. Ее
применяют для изготовления мелких деталей (например, деталей часов), монет, орденов
и т. п. Рельеф на поверхности детали получают на счет перераспределения материала
под действием больших усилий и заполнения рабочих полостей штампа. Давление при
чеканке, например, латунных циферблатов и изделий из нержавеющей стали достигает
2500…3000 МПа.
Осуществляют чеканку в закрытых штампах на чеканочных прессах.
Преподаватель: Юрий Носов
43

44. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Горячую штамповку применяют в тех случаях, когда холодное
деформирование невозможно.
При нагреве пластические свойства металла резко возрастают, а
сопротивление металла деформированию уменьшается в несколько раз.
Горячей штамповкой получают поковки разных форм и размеров из стали, цветных
металлов и сплавов.
Примерами поковок могут служить шатуны, ступенчатые валы, зубчатые колеса,
различные рычаги и многие другие.
Технологический процесс получения поковок предусматривает
заготовительные, деформирующие и завершающие операции.
Исходным материалом для горячей штамповки служит прокат, прессованные прутки,
слитки и литые профильные заготовки.
В заготовительном отделении цеха исходный материал разделяют на мерные
заготовки.
Штампы для горячей штамповки подразделяются по видам применяемого
оборудования на молотовые, прессовые, высадочные (на горизонтально-ковочных
машинах и горячевысадочных автоматах) и вальцовочные (на ковочных вальцах).
Преподаватель: Юрий Носов
44

45. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Примеры горячей штамповки на молотовых штампах
а – закрытый;
б – открытый одноручьевой;
в – облойная канавка;
г – нижняя половина открытого
многоручьевого штампа;
заготовительные ручьи:
2 – протяжной;
3 – подкатной;
4 – гибочный;
штамповочные ручьи:
5 – предварительный;
6 – окончательный;
7 – облойная канавка;
д – переходы штамповки;
1 – поковка;
8 – исходная заготовка;
9 – протяжка;
10 – подкатка;
11 – гибка;
12 – предварительная штамповка;
13 – окончательная штамповка
Преподаватель: Юрий Носов
45

46. Заготовительное производство в машиностроении

Горячая штамповка
Обрезку облоя и пробивку отверстий производят в специальных
штампах на обрезных кривошипных или гидравлических прессах.
После этого поковки подвергают термической обработке для улучшения
механических характеристик металла. Применяют следующие виды
термообработки: нормализацию, отжиг, закалку и отпуск.
Остающуюся на поверхности поковок окалину очищают дробемётной
очисткой, галтовкой или травлением.
Для устранения искривлений поковки подвергают правке в горячем или
холодном состоянии, а для повышения точности формы и размеров –
калибровке.
Отличие калибровки от правки состоит в том, что при калибровке изменяются
размеры поковок, а при правке устраняются искривления без изменения
основных размеров поковки.
Преподаватель: Юрий Носов
46

47. Заготовительное производство в машиностроении

Волочение
Волочение применяют для получения заготовок сплошных или полых
деталей, сечение которых по всей длине постоянно.
Заготовки, полученные на металлургических заводах, подвергают
дальнейшему волочению в целях приближения сечения заготовки к сечению
готовой детали, что позволяет свести к минимуму или вообще исключить
механическую обработку резанием.
На металлургических заводах для волочения прутков и труб используют
продольно-волочильные станы, а для волочения проволоки и других
профилей, сматываемых в бунты, – барабанные станы.
Примеры профилей, получаемых волочением
Преподаватель: Юрий Носов
47

48. Заготовительное производство в машиностроении

Прокатка
Прокат – товарные заготовки, сортовых и фасонных профилей общего,
отраслевого и специального назначения, труб, гнутых и периодических
профилей.
Виды проката:
а) пруток – это прокат круглого сечения различных диаметров; диаметр d прутков
регламентируется, длина поставляемых прутков не регламентируется и может быть
различной: 4 метра, 6 метров и более.
б) прокат шестигранного сечения;
регламентируется размер шестигранника S,
диаметр описанной окружности D – это
справочный размер.
в) трубный прокат; регламентируются наружный
диаметр D и внутренний диаметр d.
г) прокат квадратного или прямоугольного
сечения; регламентируется размер а.
д) листовой прокат; регламентируется толщина
листа S, длина а и ширина b листа может быть
различной, обычно не менее 1500 мм.
Преподаватель: Юрий Носов
48

49. Заготовительное производство в машиностроении

Примеры профилей проката
Преподаватель: Юрий Носов
49

50. Заготовительное производство в машиностроении

По характеру перемещения металла в очаге деформации прокатка может
быть разделена на следующие виды:
а – продольной;
б – поперечной;
в – поперечно-винтовой
Схемы прокатки
Преподаватель: Юрий Носов
При поперечно-винтовой прокатке валки, как и
при поперечной прокатке, вращаются с
одинаковыми скоростями в одну сторону. При этом
оси валков перекошены одна относительно другой,
по крайней мере, в одной из координатных
плоскостей. Заготовка подается в валки по
направлению биссектрисы угла, образованного
осями валков. Вследствие перекоса осей валков
заготовка получает вращательно-поступательное
движение, обеспечивающее непрерывность
процесса обработки. Во время прокатки заготовка
обжимается по диаметру и может в более
благоприятных условиях деформироваться в
осевом направлении под действием осевой
составляющей окружной скорости валков.
50

51. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок методом порошковой металлургии
Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую
совокупность методов изготовления порошков металлов и изделий из них
или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного
компонента.
Примеры заготовок, полученных методом порошковой металлургии
Типовая технология производства
деталей методом порошковой
металлургии включает четыре
основные операции:
- получение порошка исходного
материала;
- формование заготовок;
- спекание;
- окончательную обработку.
Методы получения металлических
порошков: механические и физикохимические, дающие возможность
получать очень чистые шихтованные
материалы.
Преподаватель: Юрий Носов
51

52. Заготовительное производство в машиностроении

Получение деталей из пластических масс
Пластическими массами (пластмассами) называют твердые или
упругие материалы, получаемые из полимерных соединений и формуемые в
изделия методами, основанными на использовании пластических
деформаций.
Многообразие физико-механических свойств делает пластмассы ценным
конструкционным материалом. Они имеют малый удельный вес, хорошо
противостоят коррозии, отличаются широким диапазоном коэффициентов трения и
высоким сопротивлением истиранию, обладают хорошими оптическими свойствами и
прозрачностью и др.
Основной составной частью пластических масс являются полимеры –
синтетические органические соединения.
Иногда пластмасса полностью состоит из полимера, но чаще всего она представляет
собой сложную композицию из полимера, пластификатора, наполнителя и
красителя.
Преподаватель: Юрий Носов
52

53. Заготовительное производство в машиностроении

Получение деталей из пластических масс
Виды пластических масс
В зависимости от условий отверждения, особенно поведения при нагреве, полимеры и
соответствующие им пластмассы подразделяют на термореактивные и
термопластичные.
Термореактивные пластмассы (полимеры) – реактопласты при отверждении,
претерпевают необратимые изменения и переходят в твердое, неплавкое и
нерастворимое состояние. Отверждение может происходить при нагреве до 150…300° С
в течение определенного времени, под давлением или без давления, при невысоком
нагреве до 60…70° С или без нагрева, в присутствии добавок отвердителей.
Наиболее распространенные термореактивные полимеры: фенолоформальдегидные,
эпоксидные, кремнийорганические, полиэфирные.
Термопластические пластмассы (полимеры) – термопласты, при нагреве переходят
в пластичное или вязко-текучее состояние. Эти пластмассы отверждаются при
охлаждении. При повторном нагреве они снова размягчаются и т.д., допуская
возможность многократного повторного формования изделий.
Важнейшие термопласты: полиэтилен, полистирол, полиамиды, фторопласты,
поливинилхлорид, органическое стекло.
Преподаватель: Юрий Носов
53

54. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Операции получения заготовок из проката:
-- правка прутка;
-- бесцентровая обдирка (для горячекатаных прутков) или обдирочное
шлифование;
-- разрезание на штучные заготовки;
-- фрезерование торцов и центрование;
-- контроль.
Преподаватель: Юрий Носов
54

55. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Правка.
Прокат, поступающий на завод с металлургических предприятий в виде
прутков и листов, проходит операцию правки (кроме холоднокатаного
материала для заготовок высокой точности).
Правка прутков и заготовок для валов может
осуществляться на ручных, винтовых,
эксцентриковых, гидравлических,
пневматических и фрикционных прессах в
холодном состоянии.
Схема правки прутка на правильном станке
Обдирка прутков. После правки
пруток подвергается обдирке на
высокопроизводительных
бесцентрово-обдирочных станках
Схема бесцентрово-обдирочного станка
Преподаватель: Юрий Носов
55

56. Заготовительное производство в машиностроении

Получение заготовок из проката
Резка прутков осуществляется
на механических ножовках, на
пильных станках, на станках для
электроискровой разрезки,
ультразвуковых станках, на
токарно-отрезных станках,
отрезных автоматах, на
фрезерных станках.
Резка проката дисковой пилой
Обработка торцов и центрование
на фрезерно-центровальном станке
Преподаватель: Юрий Носов
Резка проката ленточной пилой
56

57. Выбор вида заготовок.

Выбор заготовки заключается в установлении метода ee
изготовления, расчете или выборе припусков на обработку резанием и
определении размеров исходной заготовки.
Этапы проектирования заготовки
1. Определение метода получения заготовки.
- задан конструктором
- определяет технолог механического цеха
2. Определение вида заготовки.
факторы, влияющие на выбор вида заготовки:
- конструктивные (физико-химические характеристики и механические свойства, определяющие
работоспособность продукта; форма, размер и масса детали)
- тип производства (массовое, крупно-серийное, серийное, мелко-серийное, единичное)
- наличие оборудования (литейное, кузнечно-прессовое и др.) для изготовления заготовок
- возможность изготовления заготовки на стороне
- затраты на подготовку производства и изготовление заготовки
3. Проектирование (разработка) маршрута обработки.
- разработка схемы (последовательности) обработки
- определение (выбор) комплекта технологического оборудования
4. Назначение припусков под механическую обработку.
5. Оформление/согласование чертежа заготовки.
6. Проверочный расчет припусков
Преподаватель: Юрий Носов
57

58. Выбор вида заготовок.

Виды и способы изготовления заготовок
1. Отливки
- литье в песчаные формы,
- литье в оболочковые формы
- литье под давлением,
- литье в кокиль,
- центробежное литье,
- литье по выплавляемым моделям.
2. Поковки
5. Листовые заготовки
6. Сборно-сварные заготовки
7. Заготовки, обточенные у изготовителя
8. Порошковая металлургия
- свободная ковка,
- штамповка.
3. Прокат
- прутки круглые (не калиброванные),
- прутки круглые (калиброванные),
- прутки фасонные (не калиброванные),
- прутки фасонные (калиброванные),
- профили,
- «вырезка из проката»
4. Кольцевые заготовки
- раскатные кольца,
- сварные кольца,
Преподаватель: Юрий Носов
58

59. Выбор вида заготовок.

Примеры применения заготовок различных видов в ГТД
Штамповка
(лопаток
компрессора)
Обточенные
заготовки
(штамповки)
дисков КВД
Порошковые
заготовки дисков
турбин и КВД
Литые заготовки
лопаток турбин.
Поковка (вал
вентилятора, вал КВД,
валы турбин
Преподаватель: Юрий Носов
Раскатные и сварные
кольца (рабочие
кольца и кольца НА)
Сборно-сварные
заготовки корпусов
Листовые заготовки
жаровой трубы КС
59

60. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Корпус КВД
Отливки
Лопатки турбин
Ротор стартера
Преподаватель: Юрий Носов
60

61. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Поковки
Преподаватель: Юрий Носов
61

62.

Примеры заготовок
Штамповка
Преподаватель: Юрий Носов
62 Преподаватель: Юрий Носов
67

68. Выбор вида заготовок.

Примеры заготовок
Детали, изготовленные из сборно-сварных заготовок
Преподаватель: Юрий Носов