Основы технологии машиностроения

Особенности технологии машиностроения как прикладная наука

 

Профессор Б.С.Балакшин в работе писал, что технология машиностроения как прикладная наука — это отрасль науки, занимающаяся изучением закономерностей, действующих в процессе изготовления машин, с целью использования этих закономерностей для обеспечения требуемого качества машин и их наименьшей себестоимости. Далее

Строгание и долбление. Строгальные станки

 

Строгание и долбление.

Строгание представляет собой процесс лезвийной обработки открытых поверхностей, имеющих прямолинейную или винтовую образующую. Резец (или группа резцов) совершает возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости, а подача заготовки производится перпендикулярно вектору его движения. Схема многорезцового строгания показана на рис. 12.1. Долбление на долбежных станках является разновидностью строгания, когда 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

Смазывающе-охлаждающие технологические жидкости и их влияние на процесс резания

 

Современные смазывающе-охлаждающие технологические жидкости (СОТЖ) представляют собой сложные многокомпонентные соединения продуктов нефтяного и химического производства и используются для уменьшения тепловыделения, поглощения и отвода части выделяемой теплоты при резании. При этом чем выше теплоемкость и теплопроводность СОТЖ, тем выше эффект охлаждения. Далее

Обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок

 

Обкатывание и раскатывание используют для упрочнения наружных и внутренних цилиндрических, фасонных и плоских поверхностей. Сущность обработки заключается в силовом воздействии на поверхность заготовки 1 (рис. 12.19, а) с помощью специальных инструментов (обкатников, раскатников) в виде твердосплавных или закаленных роликов 2, шариков или кристаллов алмаза. Давление осуществляется только в зоне контакта инструмента с заготовкой. За счет вращения заготовок и движения подачи пятно контакта перемешается, и вся обрабатываемая поверхность оказывается пластически деформированной. С целью уменьшения трения и задиров в зону обработки подают машинное масло, 50%-ную смесь масла и керосина, сульфофрезол. Наиболее совершенным является обкатывание (раскатывание) несколькими роликами (рис. 12.19, б), особенно при установке роликов на упругих элементах, наименее производительным — обкатывание шариком. В качестве оборудования для реализации процессов используют универсальный токарный станок.

Далее

Основные методы изготовления заготовок. Отливка, обработка давлением, порошковая металлургия, заготовки из пластмасс

 

Отливка заготовок деталей.

Значительную часть заготовок из стали, чугуна и цветных металлов получают литьем в разовые, постоянные и полупостоянные формы.

К разовым относятся стержневые или песчаные формы (земляные формы), оболочковые формы и формы для литья по выплавляемым моделям.

Песчаные формы изготавливают в опоках или почве ручным и машинным способами. При машинном формовании трудоемкость снижается в 10 раз и более. Одним из показателей технологических возможностей литья в земляные формы является минимальная тол- шина стенки отливки, которая в среднем составляет 6 мм: для чугуна серого — 5 мм, ковкого — 4 мм, для стали — 7 мм, для бронзы — 3 мм. Отверстия заготовок в этом случае образуются благодаря соответствующим стержням (вставкам). Для отливок серийного и массового производства стержни имеют диаметр не менее 30 мм, а для единичного и мелкосерийного производства — не менее 50 мм. Хотя литье в земляные формы имеет сравнительно невысокую точность (14—17-й квалитеты) и значительные припуски на обработку, оно широко применяется для деталей сложной формы из-за дешевизны литых заготовок.

При литье в оболочковые формы стержни изготавливают с использованием в качестве связки жидкого стекла, после чего их собирают, образуя требуемую форму, и заполняют последнюю жидким металлом. При таком виде литья припуски уменьшаются на 25… 30 %, а трудоемкость обработки резанием — на 20…25 % в сравнении с обычным литьем в земляные формы. Шероховатость поверхности отливок На 20… 5 мкм. Такая высокая точность отливок в оболочковые формы позволяет исключить обработку резанием многих поверхностей, а черновую обработку заменить шлифованием. Этот способ литья широко применяют для деталей массой до 100 кг. Процесс получения оболочковых форм прост, высокопроизводителен и удобен для автоматизации. Оболочковую форму обычно собирают из двух половин (склеивают термореактивными клеями) на одно- и многопозиционных полуавтоматах производительностью до 400 полуформ в час. Форма имеет прочные тонкие стенки (толщиной 5…8 мм) из песчано-смоляных смесей (92…95% кварцевого песка и 8… 5 % термореактивной смолы типа бакелит).

Толщина стенок заготовок, отлитых в оболочковые формы, для стали — 5 мм, алюминиевых сплавов — 2 мм, чугуна — до 3 мм. Точность отливок — 13-й квалитет, шероховатость поверхности Ка 10… 2,5 мкм. Область применения — серийное и массовое производство, стоимость оболочкового литья примерно в 2 раза выше земляного.

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления заготовок небольшой массы (до 3 кг), отличающихся высокой точностью, сделанных из высоколегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов Основная цель применения такого литья — максимальное сокращение механической обработки заготовок. Точность — 12-й квалитет, шероховатость поверхности Яа 10… 2,5 мкм. Особенно эффективен этот способ литья при изготовлении заготовок сложной формы, например лопаток турбин, зубчатых колес, лопастей колес вихревых насосов и т.п.

Модель изготавливают из стеарин-парафина в специальной пресс-форме и после затвердевания окунают в жидкую огнеупорную массу, а затем обсыпают промытым кварцевым песком. На поверхности модели образуется слой из жидкой огнеупорной массы и прилипшего песка, который просушивают, потом операцию повторяют до получения нужной толщины стенки огнеупорной формы. Для увеличения производительности труда целесообразно в одной форме отливать группу заготовок по выплавляемым моделям, собранным в так называемую «елку». Трудоемкость и себестоимость литья по выплавляемым моделям зависят от годового выпуска изделий и степени механизации.

Литье в кокиль применяют в основном для изготовления заготовок из цветных сплавов, так как более высокая температура плавления черных металлов вызывает интенсивное изнашивание дорогостоящего кокиля. Последний представляет собой постоянную металлическую разъемную форму, охлаждаемую водой.

Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве, оно обеспечивает точность в пределах 12 — 14-го квалитетов и шероховатость поверхности отливок На 20… 2,5 мкм. По сравнению с литьем в землю кокильное литье повышает производительность труда в 2 раза, а затраты на формовочные материалы снижаются в 2,5 раза.

В массовом производстве заготовки получают с использованием автоматических многопозиционных установок, на которых осуществляются операции подготовки кокилей и их заливка, выбивка и транспортирование отливок к очистным агрегатам.

Припуск на механическую обработку отливок в кокиль находится в пределах 2…2,5 мм, а литейные уклоны — 2°… 2° 30′.

Литье под давлением в металлические формы применяют для изготовления из цветных сплавов сложных тонкостенных отливок с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок. Пресс- формы из жаростойких сплавов допускается нагревать до 1 ООО «С. Поэтому таким способом изготавливают отливки из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, латуни и бронзы. Отливки имеют мелкозернистую структуру, вследствие чего прочность их в 1,5 раза выше, чем у отливок в землю. Литье под давлением является наиболее высокопроизводительным способом получения литых заготовок.

Заготовки, полученные литьем под давлением, имеют точность по 11 — 12-му квалитетам и шероховатость Ка 5…0,63 мкм. Литье под давлением — высокопроизводительный процесс (200 —400 отливок в час), который выполняется на специальных машинах с применением сложной оснастки. Жидкий металл подается в пресс- форму под давлением 100 МПа. Стойкость пресс-форм составляет для цинкового литья 150000 отливок, для медного — 5000.

Для получения более высокого качества отливок в виде полых тел врашения применяют литье на центробежных машинах. Особенностью этого процесса является образование внутренних полостей без применения стержней.

Центробежным способом получают заготовки из чугуна, стали, бронзы, алюминиевых и других цветных сплавов. Точность отливок по ] 3 — 15-му квалитетам, шероховатость поверхности Па 40… 10 мкм. Преимущества способа по сравнению с литьем в землю — уменьшение расхода жидкого металла до 50 % и уменьшение массы заготовки до 40 %.

Получение заготовок обработкой давлением.

В производстве широко используют единичные заготовки, полученные методом пластического деформирования металла. Основные разновидности этого метода — свободная ковка, штамповка на молотах и прессах, чеканка (калибрование), высадка на горизонтально-ковочных машинах, вальцовка на ковочных вальцах, поперечно-винтовая Прокатка, редуцирование на ротационно-ковочных машинах, холодная высадка на автоматах и штамповка выдавливанием.

Свободной ковкой, осуществляемой на молотах и гидравлических прессах без применения штампов с подогревом заготовки до температуры пластического деформирования, получают поковки массой от нескольких килограмм до сотен тонн в условиях единичного и мелкосерийного производства. Полученные заготовки имеют большие припуски и напуски для обработки резанием, точность их низкая (порядка 17-го квалитета), а дефекптый слой весьма значительный. Этот способ пластического деформирования — грубый, но универсальный и дешевый.

Горячую объемную штамповку с подкладными штампами используют как дополнительную операцию, повышающую точность и производительность свободной ковки при изготовлении мелких и средних заготовок. Применение подкладных штампов рентабельно при минимальных партиях заготовок 50 — 200 шт.

Штамповку можно выполнять на открытых (облойных) и закрытых (безоблойных) штампах на молотах и штамповочных прессах. Масса заготовки до 100 кг. Штампы могут быть одноручьевыми и многоручьевыми. На последних можно получить весьма сложные заготовки с большим перераспределением объемов металла. Пример получения заготовки зубчатого колеса в закрытых и открытых Штампах показан на рис. 6.2.

Характеристика основных методов изготовления заготовок

Горячая штамповка в открытых штампах (рис. 6.2, о) на прессах более производительна, чем на молотах, поскольку на прессе заготовка штампуется за один хол пресса, а на молоте — за несколько ударов.

Штамповкой в закрытых штампах (рис. 6.2, 6) изготавливают обычно заготовки, имеющие форму тел вращения или близкую к ней. При изготовлении сложной заготовки ее предварительно обжимают в специальном штампе, после чего штампуют в закрытом безоблойном штампе. Безоблойная штамповка повышает точность заготовки и снижает расход металла, требует более мощных прессов и точного расчета объема металла, потребного для заготовки.

Чеканку используют для повышения точности и качества заготовок, полученных горячей штамповкой, в этом случае обрабатывают только те поверхности заготовки, к которым предъявляются повышенные требования (поверхности черновых технологических баз).

 

Различают плоскую и объемную чеканку. В первом случае производят обжатие параллельных плоскостей для получения точных размеров заготовки по высоте, во втором — производят обжатие по всему контуру заготовки Поверхности заготовки перед чеканкой очишают от окалины и заусенцев.

Процесс чеканки выполняют либо в холодном, либо в подогретом состоянии заготовки. Второй вариант используют при чеканке больших или менее ответственных поверхностей. Применяемое оборудование — кривошипно-чеканные и фрикционные прессы или молоты. На первых чеканят поверхности размером до 200 см2.

Высадку на горячековочных машинах (ГКМ) как высокопроизводительный и эффективный способ пластического деформирования металла широко используют в массовом производстве для изготовления заготовок, имеющих форму тел врашения. Исходным материалом служит прокат круглого сечения и трубы диаметром 30…250 мм и длиной до 3…3,5 м, масса заготовок в этом случае колеблется в пределах 0,1… 100 кг, Потери металла составляют всего 1…3% массы заготовки. При одном нагреве исходного материала можно получить несколько заготовок. Штамп на ГКМ (рис. 6.3) состоит из неподвижной 3 и подвижной 2 матриц и пуансона 1. Пруток нагретым концом укладывается в неподвижную матрицу, подвижная матрица зажимает пруток, образуется полость штампа. При движении пуансона формируется головка штамповки. Стойкость штампов составляет 10—20 тыс. заготовок. В некоторых случаях обработку на ГКМ эффективно совмещать с другими видами формообразования заготовки, например со штамповкой в ручьевых штампах или с поперечно-винтовым прокатом.

Штамповка холодным выдавливанием представляет собой пластическое деформирование, при котором металл 3 течет в отверстие матрицы 2 или в зазор между пуансоном 1 и матрицей 2 (рис. 6.4), чем обеспечивается получение тонкостенных заготовок сложной формы. Материалом заготовок служит алюминий, медь, латунь, цинк, мягкая сталь марок 08, 10, 15, 20, 25.

Существует три разновидности холодного выдавливания: прямое, обратное и комбинированное. При прямом выдавливании металл втечет в направлении движения пуансона /, при обратном выдавливании металл под давлением пуансона 1 течет в направлении, обратном движению последнего, заполняя пространство меж-

Характеристика основных методов изготовления заготовок

Характеристика основных методов изготовления заготовок

ду пуансоном и матрицей 2. Форма пространства соответствует форме заготовки.

Процесс штамповки выдавливанием обеспечивает точность 9— 11-го квалитетов, шероховатость поверхности заготовки Ra 80… 20 мкм и коэффициент использования металла — 0,9.-0,98.

Холодную высадку используют для изготовления деталей стержневого типа с утолщениями, выемками и полых деталей с гладкими и ступенчатыми отверстиями (колпачковые гайки, колесные шпильки, шаровые пальцы). Часто этим способом получают детали крепежа: болты, гайки, шурупы, заклепки и т.п. Материал для холодной высадки — сортовой прокат, горячекатаная калиброванная проволока, конструкционная малоуглеродистая сталь.

Основные операции холодной высадки схематично показаны на рис. 6.5. Процесс высокопроизводительный, точность в пределах

Характеристика основных методов изготовления заготовок

 

Характеристика основных методов изготовления заготовок

10— 12-го кваллитетов, шероховатость поверхности Яа 5 .1,25 мкм, рентабелен только при выпуске изделий 10 — 50 тыс. и более.

Вальцовку на ковочных вальцах применяют для предварительного и окончательного обжатия заготовок деталей, изготавливаемых из полосы или прутка (шатуны, вилки, гаечные ключи, рычаги и т.п.).

Ковочные вальцы имеют два валика, на которых закрепляются половины секторного штампа / (рис. 6 6). Валики синхронно вращаются и при замыкании образуют профиль заготовки 2, которая вводится между половинами штампа и подвергается обжатию. Последнее сопровождается вытяжкой, что ведет к перераспределению объемов металла в 6 —8 раз.

Ввиду кратковременности процесса вальцовки (4… 5 с) сразу же можно выполнять последующую штамповку без дополнительного подогрева. Такое сочетание повышает производительность, снижает расход металла на 10… 15 % и обеспечивает более благоприятное расположение волокон материвла.

Поперечно-винтовую прокатку используют в серийном и массовом производстве для изготовления заготовок с поверхностями тел вращения. Схема процесса приведена на рис. 6.7. Форма заготовки образуется следующим образом: нагретый в высокочастотном индукторе до начальной температуры конки пруток 3 подается в рабочую зону, один конец прутка зажимается захватом 4 механической руки и начинает перемещаться вдоль своей оси со скоростью 10… \2 м/мин. Радиальные перемещения валков 2 (сближение их осей и увеличение расстояния между ними), благодаря которым образуется форма заготовки, обеспечиваются при помощи трех гидроцилиндров 7, которые управляются щупом 6, скользящим по сменному копиру 5.

Рассмотренный способ обеспечивает точность в пределах 14 — 15-го квалитетов. шероховатость поверхности заготовки на 40… 10 мкм, экономию металла 20…30% и повышение физико-механических свойств вследствие более выгодного расположения волокон металла. Его эффективно используют для предварительного формирования заготовок под последующую обработку на ГКМ или в ручьевых штампах. Такое сочетание повышает качество заготовок и производительность обработки.

Листовая штамповка — способ изготовления плоских и полых изделий с помощью штампов из листов, полос и лент из малоуглеродистой стали, меди, магниевых и других цветных сплавов. При толщине листа до 15 мм обработка происходит в холодном состоянии. При штамповке сложных по форме деталей с глубокими полостями исходная заготовка должна обладать высокой пластичностью, мелкозернистой структурой, равномерной толшиной.

Линейная штамповка включает в себя последовательное или параллельное выполнение следующих операций: разделительных (отрезки, вырубки, пробивки) и формоизменяющих (гибки, вытяжки, формовки, обжима, отбортовки). Схемы отрезки различными способами показаны на рис. 6.8, приемы листовой штамповки — на рис 6.9.

В автомобилестроении наиболее распространены вырубка       ;

(рис. 6.9, а), вытяжка (рис. 69, б, в) и комбинированная штампов-        I

I

Характеристика основных методов изготовления заготовок

 

Характеристика основных методов изготовления заготовок

 

Характеристика основных методов изготовления заготовок

ка. Вырубкой по замкнутому контуру изготавливают детали типа шайб, рычагов, крышек, прокладок, вытяжкой — пространственные детали облицовки автомобиля, колпаки, диски колес, бензобаки и т.д.

Достоинства холодной листовой штамповки — малая масса детали при обеспечении требуемой прочности и жесткости, возможность изготовления деталей без применения обработки резанием, значительная экономия металла, малая трудоемкость.

Заготовки из стального нормализованного горячекатаного прутка (ГОСТ 2590—73) применяют для изготовления гладких и ступенчатых валов с незначительным перепадом в размерах диаметров ступеней. Заготовки из стального комбинированного прутка (ГОСТ 7417—86) 9-го квалитета точности используют для изготовления деталей, не подвергаемых обработке по наружному диаметру.

Для деталей крепежа и деталей фасонного профиля применяют прокат по ГОСТ 2591—73 и ГОСТ 8560—83. Изготовление заготовок из стального проката резко сокращает расход металла и объем механической обработки.

Получение заготовок методом порошковой металлургии.

Данный метод используют для изготовления точных деталей без последующей механической обработки. Метод заключается в прессовании смесей металлических порошков в пресс-формах под давлением с

Характеристика основных методов изготовления заготовок

прессовании спекание производят при температуре ниже температуры плавления основного компонента. Прессование и спекание могут осуществляться одновременно путем прессования с нагревом (горячее прессование). Последнее используют только для изготовления деталей массой 10 кг и более или тонких дисков и пластин, имеющих склонность к короблению при спекании.

Порошки получают дроблением предварительно переработанной стружки в шаровых мельницах и на бегунках (величина частиц порошка 0,04…0,1 мм). Измельченные порошки разделяются на фракции при просеивании через металлические или шелковые сита. Смешение порошков производится в барабанах или шаровых мельницах, спекание — в газовых или электрических печах при выдержке от 15 мин до 24 ч п зависимости от размеров изделий и спекаемости материала. Для повышения точности деталей их после спекания калибруют.

Заготовки из пластмасс.

Применение пластмасс позволяет получать заготовки сложной формы и малой массы. Для нагруженных детвлей применяют армирование заготовок металлом. Механическая обработка деталей из пластмасс либо полностью исключается, либо сводится к минимуму. Замена черных и цветных металлов пластмассами в условиях массового производства снижает себестоимость для черных металлов в 1,5—3,5 раза, а для цветных — в 5 — 10 раз.

В практике используют следующие методы изготовления заготовок из пластмасс: прессование, литьевое прессование или литье под давлением для мелких деталей (масса 5… 10 кг); автоклавное литье для деталей массой до 30 кг; контактное и вихревое формирование для средних и крупных деталей; волочение и экструзия для профилей без ограничения длины.

 

Этапы развития технологии машиностроения как науки

 

Технология машиностроения как наука прошла в своем развитии через несколько этапов.

Первый этап, охватывающий период XIX —начало XX в., был ознаменован первыми работами по обобщению накопленного производственного опыта в области металлообработки. Это киига И. А. Двигубского «Начальные основания технологии как краткое описание работ на заводах и фабриках производимых», труд И. А. Тиме «Основы машиностроения» (1885), трехтомник А.П.Гаврилен- ко «Технология металлов» (1861), обобщающий опыт развития технологии металлообработки (долгие годы был основным курсом, используя который, училось несколько поколений русских инженеров). Далее

Точение (обтачивание и растачивание)

 

Точение — это лезвийная обработка резанием поверхностей вращения и торцовых поверхностей. Обработку наружных поверхностей называют точением или обтачиванием, обработку внутренних поверхностей называют растачиванием. Далее

Промышленные роботы и их типаж

 

Робот — механическая система с манипуляционными устройствами, системой управления, комплексом чувствительных элементов и средствами передвижения в пространстве.

Далее

Этапы проектирования технологических процессов

 

В целом проектирование технологических процессов обработки деталей и сборки узлов представляет собой сложную, трудоемкую и многовариантную задачу. Поэтому его выполняют в несколько последовательных этапов.

Далее