Основы технологии машиностроения

Типы производства и методы работы. Единичное, серийное, массовое производство

 

Типы производства

В зависимости от размера производственной программы, характера продукции, а также технических и экономических условий осуществления производственного процесса различают три основных типа производства: единичное, серийное, массовое. Далее

 Полирование

 

Полирование

Полирование — заключительная операция механической обработки заготовки, выполняемая для уменьшения шероховатости поверхности (Яа 0,16…0,02 мкм) и придания ей зеркального блеска. Ее осуществляют механическими, химическими, электромеханическими и другими методами. Различают полирование кругами; полирование лентами; абразивно-жидкостную обработку; виброабразивную обработку; магнитно-абразивную обработку.

Далее

Конструкционные материалы, используемые для изготовления деталей машин. Использование чугуна и стали

 

В машиностроении для изготовления деталей используют различные материалы: черные и цветные металлы и сплавы, порошковые, композиционные, резинотехнические, лакокрасочные материалы, пластмассы и др.

Наибольшее распространение получили стали и чугуны.

Сталь — это многокомпонентный сплав с содержанием ут- леродадо 2,14%.

Чугун — сплав с содержанием углерода более 2,14 % и некоторым количеством кремния, марганца и других элементов.

По области применения различают следующие виды сталей: строительные, конструкционные общего и специализированного назначения, инструментальные с особыми химическими свойствами, с особыми физическими свойствами.

По содержанию вредных примесей (серы и фосфора) стали подразделяют на четыре группы:

группа А — сталь обычного качества с самыми низкими механическими свойствами;

группа Б — качественная сталь;

группа В — высококачественная сталь;

группа Г — особо высококачественная сталь.

Для маркировки стали в России используется буквенно-числовая система.

Углеродистые качественные конструкционные стали маркируются двузначным числом, обозначающим содержание углерода в сотых долях процента (сталь 45 — 0,45 % углерода).

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У и цифрой, указывающей содержание углерода в десятых долях процента (сталь У8 — 0,8 % углерода).

 

Легированные стали обозначаются следующим образом: сталь асЛ/а/А^Ш), где ас — содержание углерода в сотых долях процента (при содержании углерода более 1 % цнфру опускают); Л,- — обозначение легирующего элемента (азот — А, алюминий — Ю, бор — вольфрам — В, ванадий — Ф, кобальт — К, кремний — С, молибден — М, марганец — Г, медь — Д, никель — Н, редкоземельные металлы — Ч, селен — Е, титан — Т, фосфор — П, хром — X, цирконий — Ц); а, — содержание легирующего элемента в процентах. Если после обозначения легирующего элемента цифра не стоит, то его содержание примерно I %. Буква А в конце марки стали обозначает высококачественную сталь, буква Ш — особо высококачественную. Например, сталь 12ХНЗА — высококачественная сталь, содержит 0,12 % углерода, 1 % хрома, 3 % никеля.

Некоторые стали содержат дополнительную букву после слова «сталь», обозначающую ее группу или тип, например Ш — подшипниковая сталь, А — автоматная сталь.

Качественные углеродистые стали по содержанию углерода подразделяют на низкоуглеродистые (содержание углерода 0,25%), среднеуглеродистые (содержание углерода 0,3…0,5 %), высокоуглеродистые (содержание углерода 0,6…0,85 %).

Низкоуглеродистые стали обладают невысокой прочностью, высокой пластичностью, их применяют для ответственных сварных конструкций и для деталей, упрочняемых цементацией.

Среднеуглеродистые стали (сталь 30 — сталь 45) применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. Такие стали имеют более высокую прочность и лучше обрабатываю 1ся резанием. Их применяют для изготовления мелких деталей, так как они имеют небольшую прокаливаемость.

Высокоуглеродистые стали (сталь 60 — сталь 85) обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругостью, поэтому их используют для изготовления деталей, работающих при высоких статических и динамических нагрузках.

Низколегированные стали, широко используемые в авто- и тракторостроении, выпускают в виде проката, арматуры, гладкого или периодического профиля, поковок или штамповок.

Улучшаемые стали (легирование: хром, марганец, молибден, ванадий) имеют высокую вязкость и высокий предел текучести, обеспечиваемые сквозной прокаливаемостью и мелкозернистой структурой. Такие стали применяют для изготовления коленчатых валов, зубчатых колес, шатунов, гильз цилиндров и т п

Цементируемые стали содержат 0,1 …0,3 % углерода, обладают высокой твердостью и износоустойчивостью поверхностного слоя, высокой прочностью и вязкостью, хорошо воспринимают цементацию и нитроцементаиию. Из этих сталей изготавливают кулачковые муфты, кулачки, зубчатые колеса, поршневые пальцы, втулки, коленчатые и распределительные валы и т.п.

Автоматные стали (сталь AI2 — АС14ХГН) применяют при обработке заготовок на станках-автоматах с автоматическим циклом. Обычно эти стали идут на изготовление метизов (болтов, гаек, шпилек, винтов).

Подшипниковые стали (сталь ШХ6 — ШХ15СГ) используют для изготовления подшипников качения, храповых механизмов, роликов, пальцев машин.

Рессорно-пружинные стали (60С2 — 50ХГ) имеют высокий предел упругости и предел выносливости, их используют в основном для изготовления пружин и рессор.

Чугун и отличие от стали имеет структуру, в которой углерод находится с связанном и свободном состоянии. Чугун обладает высокой твердостью, низким пределом прочности на растяжение и хорошими демпфирующими свойствами. В машиностроении чаше всего его применяют в виде отливок из серого, высокопрочного, легированного и ковкого чугунов.

Серый чугун содержит свободный углерод в виде пластинок, его применяют для изготовления малоответственных деталей сельскохозяйственных машин.

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун чистого магния (0,3.. 1 %) и церия (до 0,05 %), что повышает его предел прочности на растяжение. Для повышения прочности и создания специальных чугунов (жаростойких, коррозионно-стойких) их легируют хромом, никелем, читаном, марганцем, медью, алюминием, свинцом и подвергают отжигу, закалке, отпуску. Высокопрочные чугуны применяют в машиностроении для ответственных изделий (корпусов подшипников, картеров коробок передач, коленчатых палов и т.д.).

Ковкий чугун получают длительным отжигом тонкостенных (до 50 мм) отливок из белого чугуна Его не куют, но он достаточно пластичен. Ковкий чугун содержит свободный хлопьевидный графит и по свойствам занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами. В машиностроении его применяют как заменитель стали при изготовлении зубчатых колес, звездочек, звеньев цепей.

Особое место среди конструкционных материалов занимают цветные металлы и сплавы, широко используемые в автостроении вместо черных металлов К ним относятся сплавы на основе алюминия, сплавы на основе меди и антифрикционные сплавы.

Для алюминиевых сплавов характерна относительно большая удельная прочность, близкая к характеристикам среднелегированных сталей. Их подразделяют на литейные и деформируемые. Первые имеют хорошие литейные свойства (высокую жидкотекучесть, малую усадку), хорошо обрабатываются резанием. Вторые обладают удовлетворительной пластичностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием. Большая часть сплавов может упрочняться термообработкой. Деформируемые сплавы в основном применяют для сварных и клепаных соединений элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки, но требующих высокого сопротивления коррозии (бензобаки, емкости, настилы).

Наиболее высокими механическими свойствами обладают сплавы на основе меди: бронза — сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами; латунь — сплав меди с цинком.

Традиционная маркировка имеет следующий вид. Латуни обозначаются буквой Л, бронзы — Бр. Например, Бр04Ц4С17 — бронза литейная, олово — 4%, цинк — 4 %, кремний — 17%, остальное — мель.

Область применения латуни — трубы, полосы, прутки, мелкие поковки, втулки, сепараторы, винты, лопасти, коррозионно-стойкие детали. Бронзу используют для арматуры, пружин, антифрикционных деталей, вкладышей подшипников и т.д.

Латунь и бронза могут быть литейные и деформируемые.

Антифрикционные сплавы применяют для заливки подшипников скольжения. Такие сплавы имеют низкий коэффициент трения, достаточно пластичны и прочны. Их прочность не должна превосходить прочность установленных в подшипник валов. Применяют сплавы на основе олова или свинца (баббиты), меди, алюминия, цинка.

Баббиты обозначаются буквой Б, далее ставится цифра, показывающая процентное содержание олова, или буква, характеризующая специальный элемент, входящий в сплав.

Для изготовления вкладышей подшипников, работающих при высоких давлениях (более 1 ООО МПа), применяют свинцовую бронзу (БрСЗО).

К неметаллическим конструкционным материалам относятся полимерные материалы (органические и неорганические) — пластмассы, композиционные материалы, каучуки и резины, клеи и герметики, лакокрасочные покрытия, стекло, керамика.

 

 

 Стадии отработки изделия на технологичность

 

Конструкцию изделия начинают отрабатывать на технологичность в процессе создания самой конструкции. На этом этапе в работе принимают участие ведущие конструкторы и технологи. Отработку на технологичность начинают уже на стадии разработки технического задания и технического предложения на проектирование нового изделия, а продолжают и развивают на стадии разработки эскизного и технического проектов, составления технической документации.

На стадии разработки технологического предложения анализируют варианты принципиальных схем и компоновок изделия, выявляют сложные по конструкции и изготовлению его оригинальные детали.

На стадии эскизного проекта выявляют номенклатуру и параметры этих деталей, возможности их унификации и стандартизации, определяют возможность рационального членения или объединения деталей, анализируют условия сборки основных деталей, точность изготовления и шероховатость их поверхностей, определяют номенклатуру сменных и ремонтируемых деталей изделия.

На стадии технического проекта выполняют работы по обеспечению технологичности основных сложных деталей, а на стадии разработки рабочей документации производят оценку технологичности конструкции на соответствие основным требованиям с учетом условий сборки изделия.

Технологичность конструкции оценивают по качественным и количественным показателям путем расчета их значений.

Далее определяют показатели уровня технологичности конструкции, разрабатывают рекомендации по их улучшению и вносят изменения в конструкторскую документацию.

Общие правила обеспечения технологичности конструкции изделий приведены в ГОСТ 14.202-85, ГОСТ 14.203-85, ГОСТ 14.204-85.

 

 Классификация деталей и типизация технологических процессов

 

Для одной и той же детали при одинаковой программе выпуска может быть разработано несколько вариантов технологических процессов обработки, имеющих различную трудоемкость. Изменение программы выпуска еще больше увеличивает инвариантность технологических процессов и усложняет процесс проектирования и выбор оптимального варианта. Далее

 Суперфиниширование и микрофиниширование

 

Суперфиниширование представляет собой отделочный метод обработки наружных поверхностей мелкозернистыми абразивными брусками, совершающими колебательные движения с амплитудой 2…5 мкм и частотой до 2 000 двойных ходов в минуту. Его применяют для повышения эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях взаимного трения. Суперфиниширование обеспечивает малую шероховатость поверхности (Ra 0,6…0,05 мкм), уменьшение погрешностей формы до 0,03 мкм, нанесение на поверхность оптимального микрогеометрического рисунка и сглаживание верхушек микронеровностей (увеличение площади фактической опорной поверхности). В этом процессе весьма важную роль играет СОТЖ, в качестве которой чаще применяют смесь керосина с веретенным или турбинным маслом (10…20%).

Далее

 Техническое нормирование

 

Техническое нормирование

Техническое нормирование в широком смысле этого понятия представляет собой установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов (ГОСТ 3.1109 —82). При этом под производственными ресурсами понимаются энергия, сырье, материалы, инструмент, рабочее время и т.д. Далее

Общие понятия о технологичности конструкций

 

Совершенство конструкции изделия характеризуется его соответствием современному уровню техники, экономичностью и удобствами в эксплуатации, а также возможностью использования наиболее экономичных и производительных методов и технологий его изготовления применительно к заданному выпуску и условиям производства. Далее

Концентрация и дифференциация технологического процесса

 

Любой технологический процесс механической обработки заготовки представляет собой совокупность элементарных операций по изготовлению отдельных поверхностей, образующих контур обрабатываемой детали. Далее

 Хонингование

 

Хонингование

Хонингование — это процесс чистовой обработки отверстий абразивными брусками, применяется для обеспечения высокой точности формы отверстия, незначительной шероховатости, малого деформированного поверхностного слоя и создания специфического микропрофиля обработанной поверхности. Так как хонингование не исправляет положения оси отверстия, ему должна предшествовать обработка, обеспечивающая требуемую точность расположения оси (операция растачивания, развертывания, протягивания и шлифования). Наиболее эффективно этот процесс применяют в условиях серийного и массового производства.

Далее