ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2020
Просмотров: 141
Скачиваний: 1
Лекция №1
Введение
Как известно, производство деталей машин всегда начинается с получения заготовок в заготовительных цехах и участках. Соответственно, получение заготовок является одним из основных этапов машиностроительного производства и в значительной степени определяет затраты материалов и энергии, трудоемкость изготовления и качество получаемых изделий.
Одной из основных задач, стоящих перед технологией машиностроения на современном этапе развития производства, является замена (по возможности) технологических процессов резания методами формообразования деталей, достигаемых за счет использования прогрессивных методов получения заготовок, либо, если это неосуществимо – максимально возможное приближение заготовок по форме и размерам к готовым деталям. Поэтому цель изучения дисциплины «Технологические методы производства заготовок деталей машин» - это ознакомление студентов специальности «Технология машиностроения» с современными технологиями получения заготовок.
Для достижения этой цели студенты должны успешно решить следующие задачи:
-
Знать современные прогрессивные методы получения заготовок деталей машин и оборудование для их реализации;
-
Уметь выбирать рациональный для конкретных производственных условий метод получения заготовки;
-
Уметь разработать чертеж заготовки с простановкой размеров, учитывая базирование заготовки;
-
Уметь разработать конструктивную схему технологической оснастки.
Изучение дисциплины ТМПЗДМ базируется на знаниях, полученных при изучении таких дисциплин как физика, высшая математика, технология конструкционных материалов и др. В свою очередь, материалы и знания, полученные при изучении дисциплины, будут использованы при изучении дисциплин «Технология обработки типовых деталей и сборки машин», «Автоматизация производственных процессов в машиностроении», «Механосборочные участки и цехи в машиностроении» и др.
Важность, которую уделяют изучению данной дисциплины, может быть проиллюстрирована также тем фактом, что до 1985 года проектирование и производство заготовок было включено в дисциплину «Технология машиностроения». Принимая во внимание значимость получения заготовок в производственных процессах, было признано целесообразным выделить его в отдельную учебную дисциплину.
В машиностроении в настоящее время существует достаточно много способов и методов получения деталей и заготовок. Это разнообразие, с одной стороны, дает возможность существенно повысить качество деталей машин и эффективность их изготовления, с другой стороны – создает значительные трудности в выборе наилучшего варианта. Для принятия оптимального решения необходим комплексный анализ технико-экономической эффективности всех альтернативных вариантов, с учетом конструктивных, технологических и производственных факторов. Все эти факторы взаимосвязаны, поскольку конструкция изделия, марка материала, его физические и механические свойства в первую очередь определяют форму заготовки, способ ее получения, характер производства и его организационный уровень. Учет всех этих требований влияет на технико-экономическую эффективность изготовления самого изделия.
Если упрощенно считать, что стоимость изготовления изделия Си=См+Сз+Со, где Си, См, Сз и Со – стоимость соответственно изделия, материалов, заработной платы и оборудования, и учесть возможную серийность производства, то из практики известно, что доля затрат на материалы, заработную плату и оборудование существенно зависит от типа производства по серийности.
В единичном производстве в стоимости изделия наиболее существенным весом обладает стоимость заработной платы, в массовом – стоимость материалов, а в серийном их доля зависит от уровня серийности. Но независимо от типа производства, материалоемкость изделия и трудоемкость его изготовления всегда определяется удачным выбором заготовки и способа ее получения.
Если попытаться проанализировать ситуацию в машиностроительной отрасли Украины, то можно четко наблюдать следующие тенденции. Во-первых, повышение цен на энергоносители до уровня мировых привело к существенному ухудшению ситуации в целом, падению спроса на продукцию и снижению объемов производства. Во-вторых, повышенная энергоемкость продукции также делает ее неконкурентоспособной на мировых рынках. И, наконец, вполне реальной становится угроза дефицита металла и электроэнергии при сохранении пропорций потребления электроэнергии на обработку резанием и процента металла, идущего в стружку.
Кардинально улучшить эту ситуацию можно только путем использования малоотходных и энергосберегающих технологий, к которым, в частности, и относятся прогрессивные способы и методы получения заготовок.
Из истории развития общества известно, что древнейшим способом получения заготовок и готовых изделий из металлов является литье. От простейших украшений и изделий (статуэтки, оружие, посуда, колокола) в процессе эволюции и развития производства человек пришел к электрометаллургии стали, чугуна и цветных металлов. В настоящее время половину всей выплавляемой стали используют для литья. В свою очередь, доля стального литья составляет порядка 23% в его общем балансе, а 73% - это чугунное литье как самый дешевый материал для получения заготовок. Растет потребность в легированных конструкционных материалах, высокопрочных, жаростойких и экономнолегированных сталях. Возникают новые прогрессивные способы литья, такие как ковшовая металлургия, электрошлаковое литье, но литье в песчано-глинистые формы остается наиболее распространенным (порядка 80% от всего объема литых заготовок).
Второе место после литья в производстве заготовок для машиностроения занимает обработка металлов давлением (ОМД). В начале 80-х годов прошлого века ОМД подвергалось более 90% выплавленной стали и более половины цветных металлов и сплавов.
Для получения многих заготовок используют последовательно несколько способов обработки (литье, ОМД, листовая штамповка, сварка и т.д.).
Классификация заготовок.
В современном машиностроении получили широкое распространение такие виды заготовок: прокат из сталей и цветных металлов и сплавов; отливки из чугуна, сталей, цветных металлов и сплавов; поковки из сталей и цветных металлов; порошковые металлические, керамические и пластмассовые заготовки; сборные заготовки.
Заготовки из проката. Товарные заготовки – кованые колоды круглого (блюмсы) и квадратного (слябы) сечения, толстые плиты – как заготовки для ковки и штамповки крупных заготовок (валов, осей, рычагов, тяг и т.п.). Простой сортовой профиль общего назначения – круглый, квадратный, шестигранный – для формирования гладких и ступенчатых (с небольшими перепадами диаметров) валов, втулок, стаканов, рычагов, клиньев, фланцев, поршней. Сталь угловая равнобокая и неравнобокая, тавры и швеллеры – для изготовления металлоконструкций, рам, ферм, подставок, кронштейнов, каркасов. Фасонные профили проката отраслевого и специального сечения – используют в автомобильном, тракторном, железнодорожном и др. видах машиностроения. Трубный прокат – стальной, бесшовный, горячекатаный, холоднотянутый, холоднокатаный – идет на изготовление цилиндров, гильз, втулок, шпинделей, стаканов, барабанов, роликов, полых валов. Гнутые профили предназначены для изготовления кузовов, опор, кронштейнов, каркасов, консолей, ферм, ребер жесткости.
Прессованные профили сложной формы – используют для создания направляющих элементов и декоративных изделий. Периодические профили проката: продольной прокатки – для изготовления балок, осей, валов, лопаток турбин; поперечно-винтовой прокатки – для шпинделей станков, рычагов, валов электродвигателей; поперечно-клиновой прокатки – для формирования валов коробок передач, крышек, фланцев, дисков; поперечной прокатки – для изготовления шаров подшипников качения, профилированных трубных деталей и т.д.
Механические свойства периодического проката выше, чем у гладкого, за счет расположения волокон в соответствии с конфигурацией детали.
По способу обработки прокат может быть горячекатаным, холоднокатаным, холоднотянутым, прессованным, калиброванным, шлифованным (серебрянка), а по способу термообработки – термообработанный, закаленный и без термообработки.
Отливки. Классифицируются по способу литья. Могут иметь сложные и криволинейные поверхности и быть изготовлены практически из всех металлов и сплавов массой от нескольких граммов до сотен тонн.
Кованные и штампованные заготовки (поковки и штамповки). Получают обработкой металлов давлением путем ковки, штамповки и специальных технологических процессов. Классифицируются по виду и температуре обработки, а также виду основного оборудования. Свободная ковка позволяет получать заготовки простой формы с большими напусками и припусками под механическую обработку, однако не имеет альтернативы в единичном производстве и для крупных заготовок (массой до 300 тонн). Горячей и холодной штамповкой изготавливают более сложные по форме, но ограниченные по габаритам и массе заготовки. В массовом и крупносерийном производстве широко используют профили, полученные прокаткой, прессованием, волочением, вальцовкой и т.д.
Заготовки из порошков. Классифицируют по способу изготовления, материалам (металлы, керамика, пластмассы), наполнителям, красителям. Максимально приближены к готовым деталям и требуют зачастую только отделки.
Сборные заготовки. Классифицируют по материалам, способам соединения и изготовления составных частей. Например, сварные заготовки могут быть сварно-литыми, сварно-кованными, сварно-штампованными, ковано-литыми, металлостеклянными, металлокерамическими и т.д. Для соединения отдельных частей заготовки используют различные способы сварки, пайки, клепки, склеивания, свинчивания, закатывания и т.д. Такие заготовки позволяют изготавливать изделия, сложные по конфигурации, массивные и имеющие повышенные требования к отдельным элементам.
Иные заготовки. Получают путем механической обработки сортового и специального проката при помощи металлорежущего оборудования, ножниц, штампов, а также газовых, электрических, лазерных и механических резаков.
Выбор способа получения заготовки.
Известно несколько подходов в решении данного вопроса. Один из них развит А.Э.Артесом в работах по холодной объемной штамповке. Подход предусматривает рассмотрение следующих признаков отбора:
На первом этапе производят анализ массы, габаритов и формы детали.
На втором этапе – анализ технологических показателей, таких как деформируемость, литейные свойства, свариваемость, то есть ограничения, накладываемые на технологический процесс. Здесь же учитываются себестоимость, стойкость инструмента, мощность оборудования.
На третьем этапе необходимо проанализировать вопрос загрузки оборудования.
Качество изделия наряду с технологичностью конструкции характеризуется также его функциональностью, надежностью, эргономичностью, эстетичностью, экономичностью, безопасностью и экологичностью. Все перечисленные составляющие качества изделия обусловлены его конструктивным исполнением и материалом и определяют технологичность конструкции в целом. Обеспечение технологичности заготовки приводится в итоге к выполнению следующих правил: конструкция детали должна быть или полностью стандартной (типовой), или состоять из стандартных элементов (частей); детали по возможности необходимо изготавливать из стандартных заготовок; базовые поверхности должны обеспечивать точность размещения и закрепления заготовок в процессе их обработки, контроля и измерений; при изготовлении деталей должны выполняться стандартные (групповые, типовые) технологические процессы.
Оценка технологичности заготовки.
Может быть качественной и количественной. Для качественной оценки альтернативные варианты конструкции детали различают только как лучшие или худшие для заданных условий. Количественную оценку технологичности конструкции заготовок выполняют по коэффициенту использования материала (КИМ), который определяют как
где Жд, Жз, Жо – масса соответственно готовой детали, заготовки и отходов, кг.
Отходы состоят из суммы затрат материала на выгорание металла, облой, прибыли, литниковую систему, а также потерь материала исходных заготовок, обусловленных некратностью размеров заготовки и использованного проката (прутка, листа, ленты и т.п.). Отходы материала, образованные припусками на механическую обработку и напусками, являются составной частью массы заготовки.
Как видно из перечня составных частей отходов, установить их достаточно сложно, поэтому часто для приближенных расчетов определяют только отходы на припуски и напуски заготовки, рассчитывая вместо коэффициента использования материала коэффициент точности массы заготовки Кт:
или коэффициент выхода годного материала Кгм:
где Жи.з. – масса исходной заготовки (кг), которая определяется как
Коэффициентом выхода годного материала часто пользуются для определения эффективности работы заготовительных участков и цехов, а коэффициентом точности массы – для предварительных расчетов технологичности заготовок. Для окончательного выбора того или иного способа изготовления заготовки применяют коэффициент использования материала, особенно в условиях серийного и массового производства.
Нетрудно убедиться, что между приведенными выше коэффициентами существует взаимосвязь:
Существуют и другие количественные оценки технологичности конструкции заготовок, например, по коэффициенту механической обработки детали, коэффициенту конструктивной сложности, коэффициенту габаритности, но эти оценки также достаточно трудоемки и сложны. Поэтому можно ограничиться приведенной выше оценкой.
Основные конструкционные материалы.
В процессе выбора материала заготовки учитывают его эксплуатационные и технологические характеристики, а также экономическую эффективность использования. Материал заготовки практически определяет возможность выполнения функций детали, которая будет изготовлена из этой заготовки, а также изготовление детали с наименьшими производственными затратами.
Часто выбор материала однозначно обуславливает и выбор способа изготовления заготовки. Это касается таких материалов, которые обладают явно выраженными технологическими свойствами (жидкотекучесть, пластичность и т.п.). Так, выбор чугуна, некоторых марок латуней или бронз обуславливает одновременно выбор отливки как заготовки, а выбор как материала керамики или пластмассы обуславливает одновременный выбор способа изготовления заготовки прессованием из порошковых материалов и соответствующего термического оборудования.
К основным конструкционным материалам относятся: сталь, чугун, цветные металлы и сплавы, и неметаллические материалы, такие как древесные, слоистые пластики, стеклотекстолит, винипласт, полистирол, стекло, целлулоид, ретинакс, фторопласт, паронит, полиамид, резина, фибра, капрон и другие. Большинство из них характеризуются следующими механическими свойствами: пределом прочности σВ, пределом текучести σТ, относительным сужением образца ψ, относительным удлинением при разрыве δ, твердостью HB, HRC, HV, и рядом других показателей, таких как, например, ударная вязкость ан.