Методы изготовления заготовок в машиностроении. Машиностроение и механика. Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

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

Материалы и требования, предъявляемые к качеству детали.

Основная тенденция современного машиностроения — примене-ние материалов, обеспечивающих необходимые конструктивные и эксплуатационные свойства, имеющих повышенную обрабаты-ваемость на всех стадиях передела. Иными словами, материалы должны обладать необходимым запасом определенных техноло-гических свойств — ковкостью, штампуемостью, жидкотеку-честью, свариваемостью, обрабатываемостью.

Необходимым технологическим свойством для деформи-руемых материалов является технологическая пластичность . Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качест-венную заготовку методом обработки металлов давлением, тем сложнее технологический процесс, тем выше себестоимость де-тали. Так, при изготовлении поковок из труднодеформируемых высокопрочных сплавов осуществить необходимую степень де-формации за один нагрев не всегда удается, поэтому необходи-мо введение дополнительных промежуточных нагревов, что зна-чительно повышает себестоимость и трудоемкость изготовле-ния поковок. Особенно жесткие требования по технологичес-кой пластичности предъявляют к тем сплавам, изделия из кото-рых подвергают холодной обработке металлов давлением — выдавливанию, вытяжке , гибке , формовке.

При выборе способа получения отливок также необходимо учитывать технологические свойства сплавов. Например, если материал обладает пониженными литейными свойствами (низ-кая жидкотекучесть, высокая склонность к усадке и т.п.), не рекомендуется применять для получения отливок из этого ма-териала такие способы, как литье в кокиль или литье под давле-нием, так как из-за низкой податливости металлических форм могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки и трещины . В таких случаях целесообразно применение способов: оболочковое литье и литье в песчано-глинистые формы.

Сплавы, склонные к повышенному поглощению газов (мно-гие литейные сплавы на основе алюминия), нежелательно при-менять для получения заготовок литьем под давлением; для центробежного литья исключено применение сплавов, склон-ных к ликвации.

В технических условиях для ответственных, тяжело нагру-женных деталей, для деталей, работающих в условиях перемен-ных нагрузок, в специальных средах (детали турбостроения, энергомашиностроения, такие, как валы, шестерни , зубчатые колеса, роторы, турбинные и компрессорные диски и т.п.), ука-зывают определенные требования к качеству материала, к фи-зико-механическим свойствам.

Процесс изготовления стальных отливок значительно слож-нее, чем чугунных, так как литейные свойства у стали ниже, чем у чугуна. Для предупреждения образования усадочной пористо-сти необходимы большие прибыли , обтаем которых может дос-тигать 60 % объема отливки, что приводит к увеличению расхо-да материала в 1,6 раза. Учитывая пониженную жидкотекучесть стали, сечения литниковых каналов необходимо увеличивать в 1,5—3,0 раза. Все это, естественно, снижает коэффициент ис-пользования металла, повышает себестоимость деталей.

В табл. 2.10 приведены оптовые цены за тонну стальных от-ливок для некоторых весовых групп . Сравнивая табл. 2.7 и 2.10 для отливок одних и тех же массы и группы сложности, изготовленных из чугуна и стали, можно отметить, что оптовые цены на отливки из конструкционных нелегированных и низко-легированных сталей близки к ценам аналогичных отливок из высокопрочного чугуна.

Учитывая более высокие литейные свойства высокопроч-ных чугунов, их прочность и пластичность, необходимо оцени-вать возможность замены стального литья на литье из высоко-прочного чугуна.

В структуре литейного производства СССР литье из цветных металлов, и сплавов составляет около 4 %. Однако в пос-ледние годы наблюдается тенденция к более широкому исполь-зованию цветных сплавов для получения фасонных отливок. Этому способствует наличие ряда особых физико-химических и физико-механических свойств, присущих сплавам из цветных металлов, и прежде всего высокая удельная прочность. В табл. 2.11 представлены значения удельной прочности некоторых ма-териалов, которые определяются как отношение предела проч-ности материала к его плотности. Как видно из данных табли-цы, такие материалы, как алюминиевый и титановый сплавы, имеют более высокую удельную прочность, что позволяет при их применении значительно снизить массу изделий.

Среди литейных материалов из сплавов цветных металлов наиболее широкое применение нашли алюминиевые сплавы. От-ливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % общего выпуска цветного литья; 25 % составляют отливки из медных сплавов. В последние годы достигнуты значительные успехи в освоении использования тугоплавких металлов, в частности титана, что значительно расширило область их применения, в том числе и для получения фасонных отливок.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают спла-вы системы алюминий-кремний, так называемые силумины. Эти сплавы широко применяют в автомобильной, авиационной, приборо-, машино-, судостроительной и электротехнической промышленности , так как они обладают высокими литейными свойствами, достаточными пластичностью и механической проч-ностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из си-луминов получают отливки деталей сложной конфигурации, ра-ботающие при средних и значительных нагрузках.

Сплавы системы алюминий — медь обладают пониженными литейными свойствами, низкими пластичностью и коррозион-ной стойкостью, но хорошо обрабатываются резанием. Вслед-ствие широкого интервала кристаллизации сплавы этой систе-мы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости . Отличительная особенность этих спла-вов — теплопрочность. Основная область применения — самолетостроение.

Сложные алюминиевые сплавы, содержащие медь и кремний, обладают высокой жидкотекучестью, коррозионной стойко-стью, хорошей свариваемостью. Их применяют для изготовления корпусов различных приборов, автомобильных и тракторных поршней, деталей авиационных двигателей.

Алюминиево-магниевые сплавы из всех литейных алюминие-вых сплавов обладают наиболее высокими механическими свой-ствами, пониженной плотностью, высокими коррозионной стой-костью и прочностью. Их используют при изготовлении отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающихся воздействию морской воды. Вследствие большой склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлостей, взаимодействию с влагой литейной формы, пониженной жидкотекучести изготовление отливок из этих сплавов вызывает значительные технологические трудности.

Сплавы, не вошедшие в рассмотренные системы, относятся к сложнолегированным; их применяют для отливок, работаю-щих при повышенных температурах и давлениях, требующих повышенной стабильности размеров, для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатываемых резанием .

Наибольший эффект в снижении себестоимости получает-ся при увеличении коэффициента весовой точности, так как статья расходов на металл во много раз превышает любую дру-гую статью расхода при производстве деталей машин. Как из-меняются коэффициент весовой точности и коэффициент ис-пользования металла при изготовлении поковки штуцера, по-казано на рис. 3.33.

В некоторых случаях для выбора оптимальной заготовки целесообразно сопоставлять между собой литье и обработку металлов давлением. Если деталь может быть получена как из отливки, так и из поковки, то прежде всего необходимо оцени-вать требования, предъявляемые к детали условиями эксплуа-тации (характер нагрузок, значения механических свойств, тре-бования к плотности, размеру и расположению зерен и т.д.). Обычно эти требования заданы конструктором и изложены в чертеже готовой детали. Ответственные детали, к которым предъявляют повышенные требования по механическим свой-ствам, особенно по ударной вязкости , рекомендуется изготав-ливать из кованых или штампованных заготовок. Горячую объ-емную штамповку наиболее целесообразно сопоставлять с литьем под давлением, с литьем в кокиль и со штамповкой из жидкого металла.

Если деталь по своей конструкции пригодна для штамповки и для литья под давлением, то при выборе способа изготовле-ния необходимо учитывать следующее.

Температуру плавления сплава. Например, деталь изго-тавливают из медного сплава. Стойкость форм при литье под давлением медных сплавов в среднем 5—10 тыс. шт. отливок, стойкость штампа 10—20 тыс. шт. поковок. Кроме того, стои-мость форм в 1,5—2 раза выше стоимости штампа. Следует помнить, что параметр шероховатости поверхности деталей из медных сплавов, изготавливаемых литьем под давлением, ухудшается по мере изнашивания формы, так как на поверх-ности формы появляется сетка трещин разгара;

Характерной особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода загото-вок является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуют или формуют в изделия заданных размеров и подвергают термической обработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления

основного компонента шихты.

Основные элементы технологии порошковой металлургии следующие:

получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или их

сплавы, металлоиды, соединения металлов с неметаллами и другие химические соединения;

прессование из "подготовленной шихты изделий необходи-мой формы в специальных пресс-формах, т.е. формование бу-дущего изделия;

термическая обработка (или спекание) спрессованных из-делий, обеспечивающая им окончательные физико-механичес-кие и другие свойства. В производственной практике иногда встречаются отклонения от типового технологического процес-са, например совмещение операции прессования и спекания, пропитка пористого брикета расплавленным металлом, допрессовка или калибровка спеченного полуфабриката, дополнитель-ная механическая обработка спеченных изделий и т.д.

Достоинства порошковой металлургии следующие:

возможность изготовления деталей из тугоплавких мате-риалов, псевдосплавов (например, медь — вольфрам, железо — графит), пористых материалов с заранее заданной пористостью (фильтры, самосмазывающиеся подшипники);

значительная экономия материалов в связи с возможностью прессования изделий с окончательными размерами, не нуж-дающихся (или почти не нуждающихся) в последующей меха-нической обработке; отходы производства в этом случае не превышают 1—5 %;

возможность получения изделий из материалов высокой чистоты, так как при изготовлении деталей методом порошко-вой металлургии (в отличие от литья) исключается внесение каких-либо загрязнений в перерабатываемый материал;

В автоматизированном машиностроении важен выбор способа получения заготовки, который является началом разработки технологического процесса получения изделия. При этом необходимо выбрать наиболее рациональный способ ее получения исходя из условий реального производства и наличия оборудования, выявить комплекс технических требований, предъявляемых к заготовке, назначить припуски под механическую обработку. Выделим способы производства для каждой группы деталей.

Заготовки для корпусных деталей

Заготовки корпусных деталей получают литьем, горячей объемной штамповкой, холодной листовой штамповкой (в приборостроении). В современных конструкциях находят также применение листосварные заготовки корпусов машин. В автоматизированном машиностроении до 95%, согласно сведениям, приведенным в , основным материалом корпусных деталей является чугун.

Для корпусных деталей основные способы: литье в

глинисто-песчаные формы, в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям. В единичном производстве, а также для крупногабаритных деталей, применяют ручную формовку. В серийном и массовом производстве для мелких и средних отливок используют машинную формовку. Таким способом выпускают детали двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов и т.п.

Для деталей из серого чугуна и сталей установлено три класса точности - 1,11,11. Согласно для каждого из них определены предельные отклонения размеров и массы заготовки. Например, для отливок длиной до 500 мм всех классов точности допустимые отклонения составляют от 1,0 до 2,5 мм.

Фасонные отливки из чугуна, стали, цветных сплавов получают литьем в кокиль. Этим способом можно получать заготовки размерами до 1,5 м и массой от десятков граммов до нескольких тонн. Отливки, получаемые литьем в кокиль, имеют точность, соответствующую 11... 12 квалитету, а шероховатость Д, может достигать 10...5 мкм. Достижение этих качественных характеристик позволяет уменьшать припуски на механическую обработку, более плотная мелкозернистость кокильного литья позволяет увеличивать механические свойства материала на

15...30 %. Кокильные формы выдерживают от нескольких сотен до нескольких тысяч отливок, в среднем 500. Сама технология литья в металлические формы позволяет автоматизировать производство заготовок. Заготовки, получаемые литьем в кокиль, особенно автоматизированным способом, должны иметь как можно более простую форму, без значительных утолщений, конструктивных элементов, затрудняющих извлечение изделий из формы. Для получения нормального заполнения формы, для заготовок длиной до 700 мм, стенки должны иметь толщину не менее 8... 10 мм для чугунных и не менее 3...6 мм для цветных сплавов.

Точные фасонные отливки сложной конфигурации получают литьем под давлением в металлические формы. Этот способ позволяет получать очень точные отливки с тонкими стенками, которые к тому же обладают хорошими механическими свойствами. Как правило, таким способом получают заготовки, уже не требующие механической обработки. Точность получаемых отливок соответствует 11... 14-му квалитету, а при хорошем качестве пресс-формы достигает 9... 10-го квалитета. Достигаемый параметр шероховатости Д,=5... 1,25 мкм. Для литья под давлением используют специальные дорогостоящие машины, позволяющие автоматизировать весь процесс получения заготовки. Износостойкость пресс-форм составляет до 40...50 тыс. отливок. В связи с этим литье под давлением используют в крупносерийном и массовом производстве, что позволяет окупать затраты на оборудование и оснастку.

Литьем в оболочковые формы одноразового использования получают заготовки ответственных фасонных деталей из различных материалов в серийном и массовом производстве. Получаемые этим методом детали имеют длину до 500...700 мм, массу - не более 50 кг. Точность размеров получаемых заготовок соответствует 12... 14-му квалитету, что позволяет получать припуски под механическую обработку до 0,25...0,5 мм, шероховатость ^=10...2,5 мкм.

В мелкосерийном и массовом производстве в последнее время получили распространение корпусы, изготовленные при помощи сварки : листосварные заготовки, используемые в станкостроении и приборостроении, корпусы запорной арматуры, тройники и т.п. Использование этого способа получения заготовок требует применения специальных сварочных автоматов, станков для подготовки заготовок под сварку, машин,производящих зачистку деталей после сварки. Как правило, сварными заготовками заменяют заготовки, получаемые литьем в глинисто-песчаные формы. Они имеют по сравнению с литыми в 1,5.. .2 раза меньшую массу, у них могут полностью отсутствовать припуски под механическую обработку, а некоторые их детали можно заранее обработать перед сваркой.

Заготовки, полученные различными способами, необходимо подвергать термической обработке. Вид обработки и режимы назначает инженер-технолог, с учетом технических требований к изделию и его конструкции. Низкотемпературный отжиг, обеспечивающий снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и стабилизацию размеров, используют в основном для отливок из серого чугуна. Для улучшения структуры и обрабатываемости легких сплавов, для снижения внутренних напряжений и повышения физико-механических свойств легких сплавов, также необходима термическая обработка. Для снятия внутренних напряжений в отливках используют выдержку (от нескольких недель до нескольких лет) заготовок на улице, при естественных колебаниях температуры. Внутренние напряжения также снимают в специальных вибро- или встряхивающих машинах. Перед передачей заготовок в механическую обработку их подвергают дробеструйной или пескоструйной очистке, проводят устранение дефектов, грунтуют, красят.

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

Рис. 6.1.

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

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

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

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

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

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

Рис. 6.3.

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

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

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

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

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

Рис. 6.4.

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

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

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

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

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

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

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

Основы технологий в машиностроении

В машиностроении следует выделить три основные технологические стадии:

Производство заготовок осуществляется двумя методами:

Метод пластической деформации;

Метод литья.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. Сортовой прокат, который подразделяется на две под­группы:

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

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

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

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

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

3. Трубный прокат разделяется на:

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

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

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

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

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

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

G - вес готового проката, т;

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

Скорость прокатки можно определить по формуле:

где Д - диаметр валков, мм;

n - число оборотов валков в минуту.

Часовая производительность прокатного стана Р:

где 3600 - число секунд в 1 ч;

Т - период прокатки, с;

В - масса слитков, т.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(м/мин),

где D - диаметр заготовки, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту.

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

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

где D -диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

d - диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

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

где L - путь инструмента в направлении подачи, мм;

п - число оборотов заготовки в минуту;

S - величина припуска на механи­ческую обработку, мм;

t - глубина резания, мм;

h - припуск на механическую обработку, мм.

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

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

где Т м - машинное время;

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

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

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

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

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

Инструментом при точении служат токарные резцы. Разновидности точения следующие:

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

Чистовое точение;

Тонкое точе­ние;

Растачивание.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Исходными данными для проектирования технологического процесса сборки являются следующие документы:

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

Технические условия на приемку и испытания изделий;

Производственная программа.

Все операции технологического процесса сборки подразделяются на:

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

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

Вспомогательные операции - подгонка, регулировка;

Контроль и испытания.

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

Основными видами сборки являются: стационарная сборка и подвижная сборка.

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

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

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

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

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

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

где t сб - норма времени на выполнение сборочной операции.

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

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

m - число сборочных операций.

Затраты на выполнение одной операции включают:

Основную заработную плату сборщиков за выполнение данной операции;

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

Цеховые накладные расходы, также отнесенные к одной операции.

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

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

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

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

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