Методы получения заготовок в машиностроении

Технологии Производственных Процессов 1. Заготовки Доцент каф. КТПМП Кузнецов Андрей Сергеевич Методы получения заготовок в машиностроении Заготовка – предмет производства, из которого изменением формы, взаимного расположения, размеров, шероховатости поверхностей и свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу Исходная заготовка – заготовка перед первой технологической операцией Основные требования к заготовкам: - приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали, т.е. уменьшение припусков на обработку и повышение их точности; - технологичность конструкции заготовки - возможность применения наиболее прогрессивных методов получения - наличие удобных и надежных баз и поверхностей для транспортирования - равномерность припуска и твердости в партии заготовок На выбор метода получения заготовки влияют: - технологическая характеристика материала - конструктивная форма поверхностей и размеры заготовки - назначение и технические требования на изделие - требуемая точность выполнения, шероховатость и качество поверхностей - тип производства, объем выпуска и сроки подготовки производства - технические возможности собственных заготовительных цехов предприятия или специализированных предприятий - социальные условия - суммарная себестоимость заготовки и ее дальнейшей обработки Методы получения заготовок в машиностроении Под рациональной заготовкой для определенного типа производства понимается такая экономически целесообразная заготовка, которая гарантирует качественные характеристики (конструктивная прочность, герметичность, стойкость и т.д.) готовой детали и себестоимость получения детали из такой заготовки была бы наименьшей при данных производственных условиях. 1. Если качественным характеристикам (требованиям эксплуатации) отвечает только один вид заготовки (например, поковка), то независимо от того, какая будет рациональная заготовка, выбирается поковка. В дальнейшем проводится технико-экономический анализ методов формообразования поковки (ковка, штамповка на молотах, прессах, ГКМ и т.п(стволы спортивно-охотничьего оружия, детали автоматики, трубопроводы и емкости высокого давления, валы и диски турбин, корпуса двигателей и т.д.) 2. Если требованиям эксплуатации детали для заданного типа производства удовлетворяют несколько видов заготовок (например, поковка, отливка, заготовка, получаемая методом порошковой металлургии), то для определения рациональной заготовки следует провести многостадийный технико-экономический анализ по выбору рациональной заготовки. Прогрессивная заготовка - заготовка, полученная по прогрессивной технологии, обеспечивающей максимальное приближение заготовок к форме и размерам готовых деталей. Методы экономического анализа заготовки: 1.Расчетно-аналитический метод, когда рациональность заготовки определяется по технологической себестоимости готовой детали. Метод трудоемкий - требует разработки в полном объеме технологических процессов изготовления детали по всем вариантам (для различных видов заготовок) и экономического расчета технологической себестоимости детали по каждому варианту ее изготовления по принятым методикам. Метод используется при решении вопроса о целесообразности перевода детали с одного вида заготовки (прокат-поковка, поковка-отливка) на другой в установившемся производстве. 2.Расчетный метод, когда рациональность заготовки определяется укрупненным расчетом приведенной стоимости детали, т.е. расчетом стоимости условной механической обработки на основе статистических данных предприятий отрасли (машиностроения) по затратам (в рублях) на снятие единицы массы металла заготовки. Метод используется на стадии подготовки производства нового изделия к серийному выпуску 3.Опытно-статистический метод, когда рациональность заготовки определяется на основе опытно-статистических данных, накопленных предприятиями отрасли для конкретных условий производства (определенная номенклатура выпускаемых изделий, тип производства, уровень развития заготовительных производств и их специализация). Метод целесообразно использовать для оценки технологичности изделий на этапе проектирования и опытного производства. Для выявления рациональной заготовки в общем случае необходимо: 1. По исходным данным детали (материал, технические требования, тип производства и т.д.) установить несколько (2-3) конкурирующих вида заготовок, удовлетворяющих требованиям эксплуатации детали. 2. На основе рекомендаций справочно-нормативной документации (ГОСТ, ОСТ, РТМ и справочников) разработать чертежи заготовок по всем вариантам. 3. Определить массы этих заготовок, рассчитать сквозной коэффициент использования металла (Кским) по каждому варианту и провести сопоставительный анализ. 4. Определить приведенные затраты по каждому варианту заготовки. 5. На основе соответствующих рекомендаций, изложенных ниже, определить рациональную заготовку. Ориентировочная стадия Ситуация 1 Метод получения заготовки определяется однозначно: 1. Заготовка (полуфабрикат) – листовой прокат (лист, листовая лента), когда деталь (по чертежу) выполнена из листа с постоянной толщиной менее 6 мм методами листовой штамповки. В данном случае следует решать задачу рационального (с минимальными отходами) раскроя материала. 2. Заготовка – сортовой прокат (круг, квадрат, шестигранник и т.д.) для деталей типа тел вращения сплошного сечения: - гладких валов, осей, штоков, плунжеров и т.п. с небольшим перепадом диаметров (∆=Dmax/Dmin<1,3 ) - то же, со значительным перепадом (∆=Dmax/Dmin≤2 ), если суммарная длина ступеней с малым диаметром составляет не более 1/8 общей длины ( ∑l∆max≤ 1/8 ⁕L). Коэффициент использования металла должен быть не менее 0,60 3. Заготовка – трубный прокат для деталей типа втулок, колец, фланцев, шпангоутов и т.п. с постоянной или переменной толщиной, если отношение толщин по длине ∆’=Smax/Smin<1,3 или при ∆’ ≤2 суммарная длина участков с меньшей толщиной составляет не более 1/8 общей длины (∑l∆’max≤ 1/8 ⁕L )∙ Ким ≥ 0,55. 4. Заготовка – стандартный профильный или фасонный прокат (в условиях массового или крупносерийного производств можно предусматривать специальный профиль конкретно для данной детали) с постоянным поперечным сечением по длине для деталей типа кулачков, муфт и т.п., имеющих сложный наружный контур, не изменяющийся по длине (высоте), максимально приближенный к форме сечения проката, К им ≥ 0,75. Ситуация 2 Однозначно определяется вид заготовки (по характеру заготовительного производства) – отливка, поковка, заготовка, получаемая методом порошковой металлургии: а) заготовка, получаемая горячей или холодной обработкой давлением (поковка) – ответственные (командные) детали изделий, испытывающие высокие статические и динамические (импульсные) нагрузки, имеющие относительно тонкие сечения (менее 5мм); техническими условиями регламентированы механические характеристики (ψ, σ0.2, σ, KCU, KCV, σ-1) материала детали; материалы – деформируемые высоколегированные среднеуглеродистые стали, упрочняемые на высокую прочность (σВ >1000МПа), а также деформируемые, относящиеся к группам высокопрочных, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы; б) заготовка – отливка: - корпусные коробчатые детали открытого или закрытого типа с переменной толщиной стенок, в которых монтируют рабочие механизм и узлы машин, а также детали, связывающие отдельные узлы машин и одновременно (частично) выполняющие функции корпусных, но с меньшими размерами (кронштейны, траверсы и другие); -детали со сложной пространственной конфигурацией, с поверхностями двойной кривизны, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими сложными элементами с массой 0,01…10кг из литейных сплавов, не испытывающие высоких динамических нагрузок и внутренних давлений; в) заготовка, получаемая методом порошковой (гранульной) технологии ; - детали относительно простой формы из пористых (фильтры), фрикционных и антифрикционных материалов, представляющих сложную композицию; -детали и изделия простой и сложной формы из тугоплавких металлов и их соединений и керметов; - детали и изделия из конструкционных сталей, цветных металлов и композиций небольших габаритов и масс (< 0,1 кг) средней сложности и сложные, не испытывающие динамических и высоких статических нагрузок. Ситуация 3 Ни метод получения, ни вид заготовки не определяются однозначно. Уточняющая стадия Из группы выбранных методов получения (ситуация 2) или видов и методов (ситуация 3) на основе данных по технологическим возможностям и условиям применения исключаются методы, не удовлетворяющие следующим условиям: а) метод не позволяет обрабатывать материал детали по его технологическим свойствам б) тип производства (Кз.о.), рассчитанный в проекте или указанный в техническом задании на проект (а также при устном задании преподавателя) не входит в рекомендуемый диапазон Кз.о заготовительного производства; в) конфигурация детали, ее конструктивные элементы и весовая и габаритные характеристики не могут быть получены выбранным методом При этом рекомендуется выдерживать следующие условия: при ситуации 2 – ограничить число оставшихся методов получения заготовки одного вида до 3-4х (3-4 метода литья, штамповки и т.д.) при ситуации 3 – ограничивать число методов получения заготовки по каждому виду от 1-2х (например, 2 метода литья, 2 метода обработки давлением, 1 технологическая схема получения заготовки из порошка). Сопоставительная стадия На данной стадии анализа сужают круг методов получения заготовки, предложенный на уточняющей стадии, путем их сопоставления по следующим параметрам заготовки: коэффициенту использования металла (Ким), точности размеров (JT), шероховатости поверхностей (Rz), наличии и глубине дефектного слоя (Т), производительности процесса (П). В результате анализа на сопоставительной стадии и исключения из дальнейшего рассмотрения методов, обладающих относительно худшими значениями одного или нескольких параметров заготовки, для окончательного экономического анализа оставляют 2-3 метода, удовлетворяющие всем техническим условиям производства данной детали. Припуск - слой материала, удаляемый в процессе обработки с поверхности заготовки. Операционный припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки при выполнении одной технологической операции. Промежуточный припуск - слой материала, удаляемый при выполнении одного технологического перехода. Общий припуск - слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов обработки данной поверхности. Напуск – избыточный слой материала (сверх припуска), подлежащий удалению при последующей механической обработке, предусматриваемый в ряде случаев для облегчения условий изготовления заготовок. Основные свойства литейных сплавов Жидкотекучесть – способность расплава растекаться и полностью заполнять внутренние полости литейной формы. Высокая ст. – сплавы алюминия с кремнием, бронзы, кремнистая латунь, серый чугун, цинковые и оловянные сплавы. Средняя – Углеродистые и низколегированные стали, белый чугун, латуни, сплавы алюминия с медью и магнием. Пониженная – Магниевые сплавы Усадка – уменьшение линейных размеров и объема отливки при охлаждении. Усадочные раковины – полости, образующиеся во внутренних слоях металла. Временные напряжения в отливках: механические; термические; фазовые. Временные и остаточные напряжения – причина возникновения горячих и холодных трещин. Ликвация – неоднородность химического состава расплава. Поглощение газов – способность литейных сплавов к поглощению в жидком состоянии различных газов из окружающей среды, плавящихся исходных шихтовых материалов, топлива и др. – ведет к газовой пористости. Десульфура́ция (от де… и лат. sulphur — сера), обессе́ривание — физикохимические процессы, способствующие удалению серы из расплавленного металла. Дефосфорация — (от де… и лат. Phosohor — фосфор), обесфосфорованиеэто совокупность физико-химических процессов, способствующих удалению фосфора из металла (чугуна, стали) по ходу плавки. Раскисле́ние мета́ллов — процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и других сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для раскисления применяют элементы (или их сплавы, например ферросплавы), характеризующиеся большим сродством к кислороду, чем основной металл. Рафинирования металлов - очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Дегазация – процесс удаления из расплава растворённых в нем газов в целях предотвращения образования газовых пористостей и неметаллических включений. Модифицирование металлов и сплавов, введение в расплавленные металл ы и сплавы модификаторов,небольшие количества которых резко влияют на кристаллизацию, например вызывают формированиеструктурных составляю щих в округлой или измельченной форме и способствуют их равномерномура спределению в основной фазе. Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Методы получения заготовок в машиностроении Проверка свободного извлечения модели после формовки: а – отливка правильной конструкции без теневых участков; б – отливка неправильной конструкции – требуются отъемные части моделей или дополнительные стержни Обозначение разъ емов модели, формы и положения отливки при заливке по ГОСТ 3.1125-88