Что такое заготовка в машиностроении. Заготовка детали. базовые идеи теории обучения

Технологические характеристики типовых заготовительных процессов

5.1 Виды заготовок и их характеристики

5.2 Методы получения заготовок

5.3 Выбор заготовки и ее проектирование

5.4 Припуски на механическую обработку

5.5 Факторы, влияющие на величину припусков

5.5 Определение промежуточных размеров в соответствии с маршрутом обработки

Заготовка – предмет производства, из которого путем изменения размеров, формы, качества поверхности получается готовая деталь. От правильного выбора заготовки в значительной мере зависят общая трудоемкость и себестоимость изготовления детали.

В автомобильной и тракторной промышленности применяются следующие виды заготовок:

– отливки из чугуна, стали и цветных металлов;

– поковки и штамповки из стали и некоторых цветных сплавов;

– сортовой прокат из стали и цветных металлов (круг, квадрат, шестигранник, профильный, листовой);

– штампосварные заготовки из стального проката и других металлов (являются наиболее целесообразными и экономичными);

– штамповки и отливки из пластмасс и других неметаллических материалов;

– металлокерамические заготовки, получаемые методом порошковой металлургии.

Механические свойства отливок, с одной стороны, поковок и штамповок с другой, значительно отличаются одна относительно другой, поэтому уже при проектировании машин вид заготовки каждой ее детали определяется, как правило, конструктором. Однако делать это он должен по согласованию с технологами механических и заготовительных цехов. В ряде случаев, когда можно применять различные виды заготовок (например, поковки, штамповки или сортовой металл), наивыгоднейшее решение получают путем сопоставления конкурирующих вариантов.

Литые заготовки. Применяются различные методы получения отливок. Отливки служат заготовками для фасонных деталей. Из чугуна отливают картеры, коробки, корпуса подшипников, кронштейны маховики, шкивы, фланцы и т.п. При более высоких требованиях к механическим свойствам деталей аналогичные отливки выполняют из стали. Из алюминиевых сплавов отливают блоки цилиндров, картеры, коробки, поршни.

Основные способы получения отливок:

– литье в песчаные формы (ручная или машинная формовка), точность отливок 15-17 квалитет, шероховатость поверхностей R Z 320-160 мкм;

– литье в оболочковые формы – метод получения точных и качественных мелких и средних отливок из чугуна и стали, точность отливок 14 квалитет, данный способ целесообразно применять в серийном и массовом производстве;

– литье по выплавляемым моделям применяют для получения мелких отливок сложной конфигурации, обеспечивает высокую точность 11-12 квалитет и шероховатость поверхностей R Z 40-10 мкм, поверхности деталей либо совсем не обрабатывают, либо только шлифуют;

– литье в кокиль (металлические формы) обеспечивает получение отливок точности 12-15 квалитета и шероховатости поверхностей R Z 160-80 мкм;

– литье под давлением применяют для получения мелких отливок сложной формы из цветных сплавов при крупномасштабном производстве, отливки выполняются с точностью 9-11 квалитет и шероховатость R Z 80-20 мкм;

– центробежное литье применяют в основном для получения заготовок, имеющих форму тел вращения (цилиндры, стаканы, кольца), точность 12-14 квалитет и шероховатость R Z 40-20 мкм.

Заготовки, получаемые обработкой давлением . К методам получения исходных заготовок обработкой давлением относятся свободная ковка, горячая и холодная штамповка. Механические свойства кованных и штампованных заготовок выше свойств заготовок, получаемых литьем. Это основной вид заготовок для изготовления ответственных деталей из стали и некоторых цветных сплавов.

Получение заготовок методом ковки применяют в основном в условиях индивидуального или мелкосерийного производства, когда экономически нецелесообразно изготовлять дорогие штампы.

Для уменьшения расхода металла при ковке заготовок применяют кольца и подкладные штампы.

В условиях серийного и массового производства мелкие и средние стальные заготовки получают методом штамповки. Достоинства этого метода: значительная производительность, резкое уменьшение величины припусков по сравнению со свободной ковкой.

В зависимости от применяемого оборудования штамповку подразделяют на штамповку на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и специальных машинах. Штамповку производят как горячем, так и в холодном состоянии.

Штамповка в холодном состоянии позволяет получить заготовку с высокими физико-механическими свойствами, но этот метод очень энергоемок и применяется очень редко.

Заготовки из проката. Прокат применяют в тех случаях, когда конфигурация детали близко соответствует какому-либо виду сортового материала (круглого, шестигранного, квадратного, прямоугольного). Широко используют также горячекатаные бесшовные трубы различной толщины и диаметра, а также профильный прокат (угловая сталь, швеллеры, балки).

Прокат выпускают горячекатаный и калиброванный холоднотянутый. При выборе размера прокатного материала следует пользоваться стандартами на материал, учитывая конфигурацию детали, точность выполняемых размеров и необходимость экономии металла. Круглый горячекатаный сортовой материал повышенной и нормальной точности выпускают по ГОСТ 2590-2006, круглый калиброванный – по ГОСТ 7417-75. С целью приближения формы заготовки к конфигурации деталей типа валов и осей целесообразно применение в условиях крупносерийного и массового производства проката переменного поперечного сечения (периодического проката).

Комбинированные заготовки . При изготовлении заготовок сложной конфигурации значительный экономический эффект дает изготовление отдельных элементов заготовки прогрессивными методами (штамповка, отливка, сортовой и фасонный прокат) с последующим соединением этих элементов сваркой или другими способами. В сельскохозяйственных машинах сварку применяют: при изготовлении рам, колес, и т.д.

Заготовки из металлокерамики . Металлокерамические материалы, получаемые путем прессования порошковой смеси с последующим спеканием, пористы, поэтому их применение эффективно при изготовлении подшипниковых втулок. Из металлокерамики изготавливают также накладки на тормозные колодки и другие фрикционные детали, имеющие высокий коэффициент трения (0,26-0,32 по стали всухую и 0,10-0,12 при работе в масле).

Порошковая металлургия включает следующие этапы:

– подготовка порошков исходных материалов (медь, вольфрам, графит и др.);

– прессование заготовок в специальных прессформах. Если необходимо получить максимально плотную деталь, то уплотнение производят с предварительным нагревом до температуры спекания, но ниже точки плавления основного компонента.

Порошок спекают в газовых или электрических печах в среде водорода или других защитных газов. Если деталь работает в условиях значительного трения, то ее пропитывают маслом или в состав добавляют графитовый порошок. Для получения точных заготовок после спекания их калибруют.

Выбор заготовки и ее проектирование . Важная задача при изготовлении заготовок приближение их по форме к готовым деталям.

На выбор вида заготовки и метода ее получения влияют материал детали, ее размеры и конструктивные формы, годовой выпуск деталей и другие факторы.

При разработке процессов изготовления деталей применяют два основных направления:

– получение заготовок, наиболее приближенных по форме к размерам готовой детали, когда на заготовительные процессы приходится основная трудоемкость;

– получение заготовок с большими припусками, т.е. основная трудоемкость приходится на цех механической обработки.

Проектирование заготовок выполняется в следующей последовательности:

– определяется вид исходной заготовки (прокат, штамповка, отливка);

– разрабатывается технологический маршрут механической обработки заготовки;

– определяется (рассчитывается) операционный и общий припуски на все обрабатываемые поверхности;

– на чертеже детали вычерчиваются общие припуски на обработку каждой поверхности;

– назначаются предварительные размеры заготовок и допуски на них;

– корректируются размеры заготовки с учетом метода ее изготовления, устанавливаются напуски, формовочные уклоны, радиусы и т.д.

Допуски и припуски на механическую обработку на чугунные и стальные заготовки, отливаемые в песчаные формы, регламентируются ГОСТ 26645-89 «Отливки из металлов и сплавов».

Для выбранного способа литья по таблицам определяют класс точности размеров, класс точности масс и ряды припусков.

Определяют допуски на основные размеры отливки и основные припуски. Для определения дополнительного припуска определяют степень коробления (отношение наименьшего габаритного размера отливки к наибольшему). Эскиз отливки представлен на рисунке 6.

Рисунок 6

Для диаметральных размеров размеры заготовки определяется по формулам:

d= d N + (Z 1 + Z 2)·2 ± Т (5.1)

D= D N - (Z 1 + Z 2)·2 ± Т (5.2)

где Z 1 – основной припуск

Z 2 – дополнительный припуск;

Т – допуск на размер (симметричный).

Пример записи точности отливки 9-9-5-3 ГОСТ 26645-85, где 9– точность размера, 9 – точность массы, 5 – степень коробления, 3 – ряд припусков.

Для изготовления валов используется прокат стальной горячекатаный круглый по ГОСТ 2590-2006 диаметром от 5 до 270 мм, трех степеней точности: А – высокой точности; Б – повышенной точности; В – обычной точности (рисунок 7).

Рисунок 7

Прокат стальной калиброванный круглый по ГОСТ 7417-75, диаметром от 3 до 100 мм с полем допуска h9, h10, h11 и h12 (рисунок 8):

Рисунок 8

Если вал имеет большие перепады ступеней, заготовку получают ковкой или штамповкой. Поковка по ГОСТ 7829-70 из углеродистой легированной стали, изготовляемая свободной ковкой на молотах (рисунок 9):

Рисунок 9

Размеры заготовки определяется по формуле:

d 1 = d N + Z 1 +,

где Z 1 – припуск на размер;

Т 1 – допуск на размер (допуск симметричный).

Поковки по ГОСТ 7062-90 применимы для заготовок больших размеров, изготавливаемых ковкой на прессах.

При ковке заготовок желательно, чтобы она имела простую симметричную форму и следует избегать пересечения цилиндрических элементов между собой.

Штампованные заготовки выполняются в соответствии с ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные». Стандарт устанавливает величины припусков, допуски размеров, отклонений формы и наименьшие радиусы закругления углов.

Припуски и допуски устанавливают в зависимости от массы и размеров поковки, группы стали, степени сложности, класса точности поковки, шероховатости обработанной поверхности детали (рисунок 10).

Шероховатость поверхности штамповок – R Z 320-80 мкм. Если после штамповки произвести чеканку, то можно выдержать точность отдельных размеров до 0,02…0,05 мм.

Рисунок 10

Геометрическая форма заготовки должна обеспечивать возможность свободной выемки из штампа. Для этой цели предусмотрены уклоны поверхности.

Выемки и углубления в заготовке можно выполнять только в направлении движения штампа. Недопустимы узкие и длинные выступы в плоскости разъема штампа или перпендикулярные к ним. Боковые поверхности должны иметь штамповочные уклоны. Переходы с одной поверхности на другую должны иметь закругления, размеры углов и радиусы закруглений устанавливаются стандартами. Хвостовики с конической формой затрудняют штамповку, поэтому их рекомендуется делать цилиндрическими.

Припуски на механическую обработку. Всякая заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припуском на размер готовой детали. Припуск представляет собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заданного класса шероховатости поверхностей деталей, он снимается на станках режущими инструментами. Поверхности детали, не подвергающиеся обработке, припусков не имеют.

Разность размеров заготовки и окончательно обработанной детали определяет величину припуска, т.е. слоя, который должен быть снят при механической обработке.

Припуски делятся на общие и межоперационные.

Общий припуск на обработку – слой металла, подлежащий удалению при механической обработке заготовки для получения заданных чертежом и техническими условиями формы, размеров и качества обработанной поверхности. Межоперационный припуск – слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Величина припуска обычно дается «на сторону», т.е. указывается толщина слоя, снимаемого на данной поверхности.

Общий припуск на обработку представляет собой сумму всех операционных припусков.

Припуски могут быть симметричные и ассиметричные, т.е. расположенные по отношению к оси заготовки симметрично и ассиметрично. Симметричные припуски могут быть у наружных и внутренних поверхностей тел вращения; они могут быть также у противолежащих плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно, одновременно.

Припуск должен иметь размеры, обеспечивающие выполнение необходимой для данной детали механической обработки при удовлетворении установленных требований к шероховатости и качеству поверхности металла и точности размеров деталей при наименьшем расходе материала и наименьшей себестоимости детали. Такой припуск является оптимальным. Целесообразно назначать припуск, который можно убрать за один проход. На станках средней мощности за один проход можно снимать припуск до 6 мм на сторону. При излишних припусках станки должны работать с большим напряжением, увеличивается их износ и затраты на ремонт; повышаются затраты на режущий инструмент, т.к. увеличивается время работы инструмента, а, значит, увеличивается его расход; увеличение глубины резания требует повышения мощности станка, что в результате ведет к увеличению расхода электроэнергии.

Факторы, влияющие на величину припусков. Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовки зависят от ряда факторов, степень влияния которых различна. К числу основных факторов относятся следующие:

– материал заготовки;

– конфигурация и размеры заготовки;

– вид заготовки и способ ее изготовления;

– требования в отношении механической обработки;

– технические условия в отношении качества и класса шероховатости поверхности и точности размера.

Материал заготовки . У заготовок, получаемых литьем, поверхностный слой имеет твердую корку. Для нормальной работы инструмента необходимо, чтобы глубина резания была больше толщины корки отливки. Толщина корки бывает различной, она зависит от материала, размеров отливки и способов литья; для отливок из чугуна – от 1 до 2 мм; для стальных отливок – от 1 до 3 мм.

Поковки и штамповки могут быть из легированной или углеродистой стали; поковки изготовляются из слитка или проката. При изготовлении поковок на них образуется окалина. Для удаления этого слоя при обработке углеродистых сталей часто оказывается достаточной глубина резания, равная 1,5 мм; для легированных сталей глубина резания должна быть 2–4 мм.

Поверхностный слой у штамповок обезуглероживается, и при обработке его необходимо удалить. Толщина этого слоя у штамповок из легированных сталей до 0,5 мм; у штамповок из углеродистых сталей 0,5–1,0 мм в зависимости от конфигурации и размеров детали и других факторов.

Конфигурация и размеры заготовки . Заготовки сложной конфигурации получить свободной ковкой затруднительно, поэтому ради упрощения формы заготовки иногда оказывается необходимым увеличивать припуски на обработку.

В штамповках сложной конфигурации затруднено течение материала, поэтому для таких штамповок также необходимо увеличивать припуски.

В отливках сложной конфигурации в целях более равномерного остывания металла необходимо делать плавные, постепенные переходы от тонких стенок толстым, что также вызывает необходимость увеличения припуска. При изготовлении крупных отливок необходимо учитывать усадку.

Вид заготовки и способ ее изготовления . Заготовки как указывалось, бывают в виде отливок, поковок, штамповок и проката. В зависимости от вида заготовки и способа ее изготовления величины припусков и допуски на размеры заготовки различны. Так, для литой детали, изготовленной ручной формовкой, припуск больше, чем металлических формах. Наиболее точными, следовательно, с наименьшими припусками получаются отливки при литье в оболочковые и металлические формы, при литье под давлением, по выплавляемым моделям. Если сравнивать припуски поковок и штамповок для одних и тех же деталей, то можно убедиться, что припуски у поковок больше, чем у штамповок. В заготовках из проката припуски меньше, чем в заготовках, получаемых литьем, ковкой или штамповкой.

Требования в отношении механической обработки . В соответствии с требованиями к шероховатости поверхности и точности размеров детали применяется тот или иной способ механической обработки. Для каждой промежуточной операции механической обработки необходимо оставлять припуск, снимаемый режущим инструментом за один или несколько проходов. Следовательно, общий припуск находится в зависимости от способов механической обработки, требующейся для изготовления детали по техническим условиям.

Технические условия на качество и точность поверхностей . Чем выше требования, предъявляемы к детали в соответствии с техническими требованиями, тем больше должна быть величина припуска. Если поверхность должна быть гладкой, то необходимо давать припуск, позволяющий после черновой обработки произвести и чистовую. Если размеры должны быть выполнены точно в пределах установленных допусков, то припуск должен обеспечить возможность достижения необходимой точности и класса шероховатости поверхности, что должно быть учтено при определении величины припуска. При этом необходимо предусмотреть слой металла, компенсирующий погрешности формы, возникающие в результате предшествующей обработки (особенно термической), а также погрешность установки детали на данной операции.

Определение промежуточных размеров в соответствии с маршрутом обработки. Нормативные припуски устанавливаются соответствующими стандартами. В производственных условиях размеры припусков устанавливают на основании опыта, пользуясь практическими данными в зависимости от веса (массы) и габаритных размеров деталей, конструктивных форм и размеров, необходимой точности и класса чистоты обработки. Многие заводы, научно-исследовательские и проектные институты имеют свои нормативные таблицы припусков, разработанные ими на основании длительного опыта применительно к характеру своего производства.

В машиностроении широко применяют опытно-статистический метод установления припусков на обработку. При этом общие и промежуточные припуски берут по таблицам, которые составляют на основе обобщения производственных данных передовых заводов. Недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначают без учета конкретных условий построения технологических процессов.

Расчетно-аналитический метод определения припусков, заключается в анализе различных условий обработки и установлении основных факторов, определяющих промежуточный припуск (факторы, влияющие на припуски предшествующего и выполненного переходов) технологического процесса обработки поверхности. Значение припуска определяется методом дифференцированного расчета по элементам, составляющим припуск с учетом погрешности обработки на предшествующем и данном технологических переходах. Данный метод был предложен профессором В.М. Кованом,

Симметричный припуск на диаметральные размеры определяется по формуле:

2Z b min = 2[(H a + Т a) +].

Симметричный припуск на две противоположные параллельные плоские поверхности:

2Z b min = 2[(H a + Т a) +()].

Ассиметричный припуск на одну из противоположных параллельных плоских поверхностей:

Z b min = (H a + Т a) +(),

где Z b min – минимальный припуск на выполняемый переход на сторону;

H a – величина микронеровностей от предыдущей обработки;

Т a – величина дефектного поверхностного слоя, оставшегося от предыдущей обработки;

ρ а – суммарное значение пространственных отклонений от предыдущей обработки;

ε b – погрешность установки заготовки при выполнении операции

Расчетный метод из-за его сложности большого распространения не получил, хотя и представляет определенный интерес с методической точки зрения.

Для удобства расчета располагают операционные припуски и допуски на различных стадиях обработки в виде схем.

Когда последовательность и способ обработки каждой поверхности установлены, необходимо определить величины промежуточных припусков и промежуточные размеры заготовки по мере ее обработки от перехода к переходу. В итоге определяются размеры заготовки более обосновано, то есть с учетом обработки, которой она будет подвергаться.

Для обработки наружной поверхности (точность обработки вала - 7-й квалитет, шероховатость R a 1,25 мкм) схема расположения промежуточных размеров представлена на рисунке 10.

Схема расположения промежуточных размеров при обработке отверстия (точность обработки - 7-й квалитет) представлена на рисунке 11.

Схема расположения промежуточных размеров при обработке торцовой поверхности (точность обработки – 11-й квалитет, шероховатость R a 2,5 мкм) представлена на рисунке 12.

Т 3 – допуск после чистового точения;

z 3 – припуск на чистовое точение;

T 4 – допуск после чернового точения;

T 5 – допуск заготовки

Рисунок 10 – Схема расположения промежуточных размеров при обработке наружных поверхностей

Т 1 – допуск размера, заданный чертежом;

z 1 – припуск на чистовое шлифование;

Т 2 – допуск после предварительного шлифования;

z 2 – припуск на предварительное шлифование;

Т 3 – допуск после протягивания;

z 3 – припуск на протягивание;

T 4 – допуск поле растачивания;

z 4 – припуск на растачивание;

T 5 – допуск заготовки

Рисунок 11 - Схема расположения промежуточных размеров при обработке внутренних поверхностей

Т 1 – допуск, заданный чертежом;

z 1 – припуск на предварительное шлифование;

Т 2 – допуск после чистового точения;

z 2 – припуск на чистовое точение;

Т 3 – допуск после чернового точения;

z 3 – припуск на черновое точение;

T 4 – допуск заготовки

Рисунок 12 - Схема расположения промежуточных размеров при обработке торцовых поверхностей

Контрольная работа

по дисциплине «Технологии и оборудование заготовительного производства»

Выполнил: студентка гр. ТАМП-12бзу

О.Н. Стрельникова

Проверил: преподаватель

Т.Р. Абляз

Пермь, 2015

Задание 1.

Назначение и тенденции развития заготовительного производства.

Уровень развития машиностроения – один из самых значимых факторов технического прогресса. Изготовление заготовок – один из основных этапов машиностроительного производства, непосредственно влияющий на расход материалов, качество изделий, трудоемкость их изготовления и себестоимость.

Доля трудоемкости заготовительного производства в машиностроении занимает порядка 45% от общей трудоемкости.

Таким образом назначением заготовительного производства является изготовление заготовок для механообрабатывающих и сборочных цехов. Основными тенденциями развития заготовительного производства можно назвать снижение металлоемкости заготовок (за счет снижения припусков) в сочетании с повышением качества поверхности, точности изготовления; применение новых методов изготовления продукта; использование наукоемких технологий при проработке изготовления деталей машин.

Какие заготовки используются в машиностроении.

Заготовки в зависимости от их вида и типа производства получают в литейных, кузнечных, штамповочных и др. цехах. Также изготавливают сварные заготовки, заготовки из композиционных материалов, пластмасс. Современное заготовительное производство располагает возможностью поставлять заготовки самой сложной конфигурации, различных размеров и точности.Примерная структура производства заготовок в машиностроении отражена в таблице 1.

Понятие заготовка. Классификация заготовок.

Заготовка – предмет труда, из которого путем изменения формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала получают деталь (определение дано в соответствии с ГОСТ 3.1109-82 ЕСТД. Термины и определения основных понятий.

Заготовки можно классифицировать по трем основным видам:

1. Машиностроительные профили.

Изготавливаются постоянного сечения (круглого, шестигранного, трубы) и периодического сечения. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат.

2. Штучные заготовки.

К штучным заготовкам относятся отливки, поковки, штамповки, сварные заготовки. Штучные заготовки находят применение во всех типах производства.

3. Комбинированные заготовки.

Это сложные заготовки, полученные соединением (например сваркой) отдельных простых элементов. Данный тип заготовок применяют при необходимости изготовления крупных массивных конструкций. Это позволяет снизить массу заготовок, а для наиболее нагруженных элементов применить подходящие материалы.

Заготовки характеризуются конфигурацией, размерами, точностью, состоянием поверхности. Форма и размеры заготовки, состояние её поверхности в значительной мере влияет на дальнейшую механическую обработку детали. Точность размеров заготовки является одним из важнейших факторов, влияющих на стоимость изготовления детали. Учитывая все вышеперечисленные факторы, для большинства заготовок необходима предварительная механическая обработка: зачистка, правка, обдирка, центрование, обработка технологических баз.

Методические указания к выполнению практических работ и разделов в курсовых и дипломных проектах для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» Саров 2009 Министерство образования Нижегородской области ГОУ СПО «Саровский политехнический техникум»

Проектирование штампованных поковок

Методические указания к выполнению практических работ и разделов в курсовых и дипломных проектах для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения»

Составила: Суняйкина Н.Н. - преподаватель высшей категории специальных дисциплин ГОУ СПО СПТ

Рецензент: Халдеев В.Н. - к.т.н., зам. зав. кафедры «Технология машиностроения» ФГОУ ВПО

«Саровский государственный физико-технический институт»

Настоящие методические указания обобщают теоретические и практические вопросы по теме «Выбор заготовок», даны характеристики основным методам получения заготовок, в частности заготовкам, получаемых штамповкой, рассмотрены основные требования выполнения практических работ и разделов курсовых и дипломных проектов по определению размеров заготовок, получаемых штамповкой, назначению припусков и допусков на поверхности штампованных заготовок, оформлению чертежа штамповки. Приведен справочный материал по теме. Комплексно изложен порядок выполнения расчетов.

Пособие предназначено для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» начального, среднего и высшего профессионального образования, а также для руководителей курсовых и дипломных проектов.

Согласовано заседанием выпускной ПЦК ГОУ СПО СПТ

Утверждено заседанием методического совета ГОУ СПО СПТ

Протокол № ___ от “____” _____________20 г

1. Виды заготовок и их характеристики………………..............................……. 4

2. Выбор вида и метода получения заготовки………………………………..... 6

3. Штампованные поковки……..………………………………………………. 8

4. ГОСТ 7505 - 89 «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски

и кузнечные напуски»……………………………………………………….. 15

5. ГОСТ 3.1126 - 88 «Правила выполнения чертежей поковок»……………. 24

6. Пример расчета заготовки, получаемой горячей объемной штамповкой… 25

7. Лабораторная работа по курсу «Технология машиностроения»………….. 32

Список использованной литературы………………………………………….. 34

ВИДЫ ЗАГОТОВОК И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Заготовка — предмет производства, из которого измене-нием формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь или неразъем-ную сборочную единицу.

Заготовка перед первой технологической операцией называется исходной заготовкой.

Выбор заготовки заключается в установлении метода ее изготовления, расчете или выборе припусков на обра-ботку резанием и определении размеров исходной заго-товки.

Метод изготовления заготовки определяется формой и размерами детали, технологическими свойствами мате-риала, его температурой плавления, структурной характеристикой (направление волокон и размеры зерна). При выборе заготовки учитываются сортамент материала (про-кат), имеющееся оборудование, производственная програм-ма, тип производства, степень его механизации и автома-тизации. Оптимальный вариант изготовления заготовки устанавливается на основании технико-экономических расчетов. Повышение точности заготовок (уменьшение припусков) позволяет экономить металл, снижать стои-мость и трудоемкость обработки резанием, но при этом может возрасти стоимость изготовления исходных загото-вок. При малой производственной программе применение некоторых технологических процессов изготовления за-готовки (горячая штамповка и др.) может оказаться эко-номически нецелесообразным в связи с высокой стоимос-тью технологического оборудования и оснастки.

Наиболее распространены следующие виды заготовок:

Заготовки из проката и спецпрофилей;

Литые заготовки;

Кованые и штампованные заготовки;

Комбинированные заготовки;

Заготовки, получаемые методом порошковой металлургии.

Заготовки из проката

Из сортового круглого горячекатаного проката получают оптимальные заготовки для изготовления ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров, осей, ходовых винтов, штоков и других подобных деталей протяжённой цилиндрической формы при любых типах производства.

Круглый, квадратный, шестигранный, полосовой и листовой прокат широко используют в единичном производстве для изготовления деталей любой конфигурации. Даже при низком коэффициенте использования металла это часто оказывается выгоднее, чем применять специальные методы получения точных заготовок, требующие сложной дорогостоящей оснастки. Естественно, что при малом объёме выпуска такая оснастка не может себя окупить

Трубный прокат выгоден для изготовления пустотелых валов, колец, цилиндров, гильз и т.д.

Профильный сортовой прокат в виде уголков, швеллеров и т.д. используется для сварных металлоконструкций, рам, станин, корпусов и др.

В условиях крупносерийного и массового производства применяют прокат периодического профиля, полученный поперечно-винтовой прокаткой. После разрезки такого проката получают ступенчатые заготовки, приближенные по форме к готовой детали.

Литые заготовки

Литые заготовки применяются в тех случаях, когда:

Материал не позволяет получить заготовку другим способом;

При больших габаритах заготовки, которые нельзя получить другими способами;

Если литая заготовка выгоднее по экономическим соображениям.

Литьё в песчано-глинистые формы используется при всех типах производства, так как отличается технологической универсальностью. Этим методом получают ~80% всех отливок, и лишь 20% приходится на все остальные способы литья. В массовом производстве применяют более точные заготовки, полученные машинной формовкой по металлическим моделям, в единичном - с низкой точностью, при ручной формовке по деревянным моделям.

В серийном и массовом производстве, помимо литья в песчано-глинистые формы, применяют следующие специальные способы литья.

Литьём в оболочковые формы получают заготовки сложной конфигурации. Они значительно точнее отливок, полученных в песчано-глинистых формах, но требуют более сложной оснастки и поэтому дороже.

Литьё по выплавляемым моделям выгодно для изготовления сложных и точных заготовок из труднообрабатываемых материалов. Этот способ самый трудоёмкий среди методов литья, но может окупаться за счёт существенного снижения расхода материала и трудоёмкости механической обработки.

Литьё в металлические формы (в кокиль) имеет две отличительные особенности:

Металлические формы могут применяться многократно;

Металлические формы обеспечивают интенсивный теплоотвод и высокую скорость охлаждения расплавленного металла.

Последнее обстоятельство снижает жидкотекучесть металла и не позволяет получать тонкостенные заготовки. Но это же свойство играет положительную роль, способствуя образованию более прочной мелкозернистой структуры металла

Литьё под давлением позволяет ускорить заполнение металлической формы и получать сложные точные отливки с тонкими стенками (до 1 мм) из цветных сплавов.

Центробежное литьё применяется для получения заготовок типа тел вращения: труб, гильз, цилиндров и т.п. Как и литьё под давлением, обеспечивает быстрое заполнение металлической формы и получение плотной (без раковин и пор) отливки, но это создаётся за счёт «утяжеления» металла центробежными силами. Отрицательным качеством центробежного литья является повышение ликвации сплавов под действием центробежных сил: более тяжёлые компоненты сплава перемещаются на периферийные слои заготовки.

Поковки и штампованные заготовки

Такие заготовки применяют в следующих случаях:

1) Для изготовления заготовок с большим перепадом сечений (ступенчатых и коленчатых валов, рычагов и т.п.

2) При больших габаритах заготовки, превышающих размеры прокаты.

3) Для придания высоких механических свойств особо ответственным деталям.

Ковка является универсальным методом производства заготовок массой от 10 г до 350 т. При ковке формообразование производится последовательным деформированием отдельных участков заготовки, что позволяет получать крупногабаритные заготовки. В основном она применяется в единичном производстве из-за низкой производительности и невысокой точности заготовок.

Для повышения точности и качества поверхностей поковок применяют ковку в подкладных штампах.

В серийном и массовом производстве применяют горячую объёмную штамповку. Штамповка гораздо производительнее свободной ковки. Штампованные заготовки значительно точнее, имеют более качественные поверхности, однако для их изготовления требуются сложные дорогостоящие штампы. Штамповку выполняют на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) и другом оборудовании. Масса штампованных заготовок от 0,5 до 30 кг. Штамповка бывает в открытых и закрытых штампах. Перспективны штамповка выдавливанием и холодная объёмная штамповка.

Комбинированные методы

Комбинированные методы применяют для изготовления крупных и сложных заготовок. Конструкцию таких заготовок расчленяют на простые элементы, которые отливают, штампуют, вырезают из проката, а затем соединяют сваркой в единую заготовку. Иногда элементы заготовок перед сваркой предварительно обрабатывают. Вместо сварки может применяться частичная заливка предварительно обработанных элементов, полученных другими способами. В комбинированных заготовках можно применять различные материалы для получения отдельных элементов, обеспечивая их особые качества.

Метод порошковой металлургии.

Полуфабрикатом для получения заготовок являются мелкодисперсные порошки исходных материалов. Заготовку прессуют из порошка в пресс-форме и спекают в монолит термообработкой. В состав шихты для спекания можно включать порошки твёрдых тугоплавких материалов и получать псевдосплавы с уникальными свойствами, например, медь-вольфрам, карбид вольфрама - кобальт (инструментальный твёрдый сплав) и т.п. Метод порошковой металлургии позволяет получать также пористые материалы для подшипников. Этим методом можно получать заготовки с точностью 7 квалитета без термообработки. Однако высокая стоимость оснастки делает метод эффективным только при очень больших объёмах выпуска.

Перед поступлением на обработку резанием исход-ные заготовки подвергают очистке, правке и термиче-ской обработке в зависимости от методов их изготовления и предъявляемых, требований. Отливки очищают от формовочной земли и стержней, затем удаляют литники, выпоры, отрезают прибыли, зачищаются заусенцы и слу-чайные приливы. Очистку производят на стационарных и переносных шлифовально-обдирочных станках, зуби-лами, стальными щетками. Для механизации процесса очистки применяют дробеструйные установки, вращаю-щиеся (галтовочные) барабаны. Заготовка, полученная горячей штамповкой, в месте разъема штампа обычно имеет облой, который обрезают или вырубают в штам-пах на обрезных кривошипных прессах. После обрезки производят термическую обработку и правку в горячем или холодном состоянии. Термическая обработка с це-лью получения заданных микроструктуры и механичес-ких свойств, включает нормализацию, улучшение и дру-гие процессы.

Штамповки очищают от окалины и заусенцев дробес-труйной обработкой, травлением, галтовкой во вращаю-щихся барабанах. Для получения точных размеров неко-торые штампованные заготовки проходят калибровку и чеканку в холодном или горячем состоянии. Перед этой операцией производят отжиг или нормализацию и очист-ку от окалины. На чеканку дается припуск от 0,2 до 0,8 мм на сторону в зависимости от площади чеканки. Длинные заготовки из проката правят вручную, на прес-сах или на специальных многороликовых правильно-калибровочных станках за 1-2 хода.

В машиностроении с точки зрения последовательности технологического процесса различает два вида изделий: детали и заготовки :

ДЕТАЛЬ - готовое изделие, идущее непосредственно на сборку;

ЗАГОТОВКА - полуфабрикат, предназначенный для дальнейшей обработки с целью получения готовой детали.

ПРИПУСКОМ «Z» называют слой металла на поверхности заготовки, предназначенный для удаления при последующей механической обработке с целью получения заданных свойств обработанной поверхности детали. Чем меньше величина припуска, тем меньший объем металла заготовки переводится в стружку.

Существуют ДВА СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКА:

1. ТАБЛИЧНЫЙ СПОСОБ. Применяют в мелкосерийном производстве.

Припуск назначают по справочным таблицам ГОСТов независимо от маршрута технологического процесса механической обработки детали.

2. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ. Суммарную величину припуска на заготовке определяют путем последовательного «наслаивания» на размер готовой детали операционных припусков на механическую обработку.

НАПУСКОМ называют ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ МЕТАЛЛА ЗАГОТОВКИ (рис. 1.3), упрощающий ее конфигурацию (заполненные отверстия I, местные углубления 2, переходы и уступы 3), связанный с технологическими особенностями ее изготовления (литейные и штамповочные уклоны 4, радиусы галтелей 5) или вызванный ее не кратностью 6 при раскрое.

ИСХОДНАЯ ЗАГОТОВКА - это продукт металлургического передела (слиток прокат, расплав), поступающий на первую технологическую операцию заготовительного передела.

Заготовки деталей машин получают, в основном, двумя способами: ЛИТЬЕМ и ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ.

Заготовки получаемые литьем

В случае получения заготовок литьем (рис. 1.4) жидкий металл, РАСПЛАВ, ЗАЛИВАЮТ в заранее приготовленную ЛИТЕЙНУЮ ФОРМУ, соответствующую по конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припусков и напусков. После затвердевания металла получается изделие, называемое ОТЛИВКОЙ.

ДОСТОИНСТВАМИ литейного производства перед другими способами получения заготовок являются: возможность получения изделий СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ и ЛЮБОЙ МАССЫ, а также ОТНОСИТЕЛЬНО НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ отливок.

НЕДОСТАТОК - ОТНОСИТЕЛЬНО НИЗКАЯ ПРОЧНОСТЬ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ ввиду литой зернистой структуры в отличие от волокнистой структуры, которую имеют кованые и штампованные изделия.

МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ (рис. 1.8, см с. 11) - комплект приспособлений, МОДЕЛЬ ОТЛИВКИ, СТЕРЖНЕВОЙ ЯЩИК, МОДЕЛИ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ, ПОДМОДЕЛЬНАЯ ПЛИТА, МОДЕЛЬНЫЕ ПЛИТЫ).

Способы получения машиностроительных профилей и фасонных заготовок обработкой металлов давлением

В случае получения заготовок обработкой давлением ИСХОДНУЮ ЗАГОТОВКУ, нагретую или холодную, но обязательно твердую, ДЕФОРМИРУЮТ специальным инструментом, в виде БОЙКОВ или ШТАМПОВ и придают ей НОВУЮ ФОМУ, соответствующую по конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припусков и напусков. Полученные изделия называют ПОКОВКАМИ или ШТАМПОВАННЫМИ ЗАГОТОВКАМИ.

Процессы ОМД основаны на использовании ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ металлов, т.е. их способности под действием внешних сил изменять свою форму без разрушения.

ДОСТОИНСТВАМИ процессов ОМД являются:

ЭКОНОМИЯ металла за счет малых припусков и небольших технологических отходов на операциях;

ВЫСОКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ за счет больших скоростей обработки;

БОЛЬШАЯ ТОЧНОСТЬ изделий;

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ изделий за счет создания при деформировании МЕЛКОЗЕРНИСТОЙ и ВОЛОКНИСТОЙ целенаправленной СТРУКТУРЫ металла.

НЕДОСТАТОК - относительно ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ изделий.

Основных способов ОМД шесть: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка.

Первые три под общим названием ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО используются в металлургической промышленности для получения МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ.

Вторые три - под общим названием КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО применяются в машиностроении для получения ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ.

Ряд процессов осуществляют с нагревом металла выше ПОРОГА РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ (0,4 от температуры плавления по абсолютной шкале) - ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, ряд без нагрева - ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ.

1. ПРОКАТКА - процесс получения машиностроительных профилей и фасонных изделий путем пластической деформации металла между вращающимися валками прокатного стана Точность получения изделий из проката показана в приложении 3 (см. с. 90).

Основных схем прокатки три:

ПРОДОЛЬНОЙ прокаткой в гладких (а) и ручьевых (б) валках получают листы и ленты, прутки, балки, рельсы и трубы;

ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОКАТ (в, г) - цельнокатаные кольца, вагонные и зубчатые колеса;

ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТ - бесшовные гильзы, а периодические профили.

СОРТАМЕНТ ПРОКАТА включает четыре группы изделий:

ЛИСТОВОЙ - листы и ленты;

СОРТОВОЙ - прутки, балки и рельсы;

ТРУБЫ - бесшовные и сварные;

СПЕЦИАЛЬНЫЙ СТАЛЬНОЙ ПРОКАТ - вагонные и зубчатые колеса, биметаллы, периодические и гнутые профили;

2. ПРЕССОВАНИЕ (рис. 1.10, а) - процесс получения машиностроительных профилей путем ВЫДАВЛИВАНИЯ металла из замкнутой полости через ПРОФИЛИРУЮЩЕЕ отверстие.

Применяют три схемы прессования: прямое, обратное и комбинированное.

ПРОДУКЦИЯ ПРЕССОВАНИЯ - прутки различного поперечного сечения, трубы гладкие и ребристые из труднодеформируемых высоколегированных сталей и сплавов на основе алюминия, магния и вольфрама;

3. ВОЛОЧЕНИЕ - процесс отделочной обработки машиностроительных профилей путем ПРОТЯГИВАНИЯ металла через КАЛИБРУЮЩЕЕ отверстие. Всегда без нагрева.

ПРОДУКЦИЯ ВОЛОЧЕНИЯ - прутки различного поперечного сечения, трубы и проволока из цветных сплавов и стали.

4. КОВКА - процесс получения фасонных изделий путем целенаправленного многократного и последовательного деформирования нагретой исходной заготовки с помощью универсального подкладного инструмента (прошивни, обжимки, оправки, топоры) между бойками молота или пресса.

Ковку осуществляют (см. рис. 1.12, с. 14) вручную, на пневматических и паровоздушных молотах и гидравлических ковочных прессах и применяют в мелкосерийном производстве, а также для получения тяжелых поковок массой более 200 кг. Основными операциями ковки являются (см. рис. 1.13, с. 15): ОСАДКА (а), ПРОТЯЖКА (б), ПРОШИВКА (в), ОТРУБКА (г), ГИБКА (д)

.

5. ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА - процесс получения фасонных изделий путем деформирования нагретой исходной заготовки в РУЧЬЕ - замкнутой полости инструмента - ШТАМПА (см. рис. 1.14, с. 15). Конфигурация и размеры ручья полностью предопределяют конфигурацию и размеры получаемой поковки. Штамповку осуществляют на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах, применяют в массовом и крупносерийном производстве, где изготовление штампов экономически выгодно. Изделиями являются: валы, рычаги, шатуны, тяги, зубчатые колеса. Используют три разновидности конструкций штампов:

ОТКРЫТЫЙ ШТАМП (а);

ЗАКРЫТЫЙ ШТАМП С ОДНОЙ ПЛОСКОСТЬ РАЗЪЕМА (б);

ЗАКРЫТЫЙ ШТАМП С ДВУМЯ ПЛОСКОСТЯМИ РАЗЪЕМА (в).

Рис. 1.14. Схема горячей объемной штамповки: 1 и 2 - верхний

и нижний штампы; 3 - поковка; 4 - облой; 5 - пуансон;

6 - матрица; 7 - выталкиватель; 8 - матрица разъемная

6. ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА - процесс получения плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала на прессах с помощью штампов (см. рис. 1.15, с. 16). Основные операции: ОТРЕЗКА, ВЫРУБКА, ГИБКА, ВЫТЯЖКА, ОТБОРТОВКА, ОБЖИМ и ФОРМОВКА. Все как правило без нагрева.

• Отливки , полученные различными методами, применяются для изготовления деталей сложной формы из чугуна, цветных металлов и пециальной литьевой стали (к обозначению марки стали добавляется индекс Л). Методами литья в заготовке могут быть получены отверстия различной формы. Заготовки-отливки характеризуются повышенной шероховатостью поверхности, повышенной твёрдостью поверхностного слоя (корки), большими величинами припусков на обработку и высокой стоимостью; поковки, применяются для изготовления деталей из пластических металлов менее сложной, чем у отливок, конфигурации, но имеющих большие перепады размеров (например - диаметров). Методами ковки отверстия, как правило, не получают. Исключение составляют случаи, когда получение отверстия другими способами экономически нецелесообразно.
• Заготовки-поковки характеризуются меньшей, чем у отливок шероховатостью поверхности, но большей волнистостью; повышенной твёрдостью поверхностного слоя (корки), большими величинами припусков на обработку и невысокой стоимостью;
• Штамповки применяются для изготовления деталей из пластических металлов более сложной, чем у отливок, конфигурации. При штамповке возможно получение отверстий любой формы и конфигурации. Заготовка-штамповка отличается малой шероховатостью поверхности, высокой точностью, малыми значениями припусков на обработку и самой высокой стоимостью. Заготовки-штамповки применяют в тех случаях, когда имеются поверхности, которые невозможно обработать механически, но требуется их высокое качество;
• Сортовой прокат . Его основное достоинство - дешевизна. Он изготавливается из стали и цветных металлов в виде прутков с различной формой поперечного сечения (круг, квадрат, шестигранник, труба, угольник, тавр и т. п.). Заготовки из проката нашли самое широкое применение благодаря своей простоте и дешевизне. Существенным недостатком является низкий коэффициент использования материала.

Самым первым критерием при выборе типа заготовки служит материал из которого изготавливается деталь: сталь - прокат, поковка, штамповка, реже - отливка; чугун - различные способы литья; цв. металлы - прокат, отливка, реже - штамповка. Вторым критерием являются технологические возможности каждого из типов:

для деталей простой формы предпочтителен прокат; для деталей средних и крупных размеров простой формы с большими перепадами размеров - поковка; менее предпочтительны, из-за высокой стоимости, отливка или штамповка; для деталей сложной формы - отливка или штамповка.

Технико-экономическое обоснование правильности выбора заготовки

Выбор типа заготовки по данным критериям является приблизительным. Им может удовлетворять сразу несколько вариантов заготовок. Например - фланец (см. рис .).
Для более точного определения требуется выполнить экономический расчёт - расчёт технологической себестоимости изготовления детали. Этот расчёт довольно сложен и требует использования большого числа экономических данных реального предприятия. В учебных целях допускается вместо расчёта технологической себестоимости определить стоимость заготовки и прибавить к ней стоимость отличительных операций. Если при этом выбранные методы получения заготовки получаются равноценными, предпочтение следует отдать варианту с более высоким коэффициентом использования материала g. Он показывает - сколько % материала заготовки используется по назначению, а сколько идёт в отходы, в стружку. где q - масса готовой детали, г
Q - масса исходной заготовки, г. где r - плотность материала заготовки, г/мм 3 ;
V - объём заготовки, мм 3 .Прежде чем посчитать объём заготовки её необходимо спроектировать: по чертежу детали рассчитываются величины припусков на обработку, определяются размеры заготовки, разрабатывается её чертёж. Исходя из чертежа, заготовка разбивается на элементарные фигуры (цилиндр, параллелепипед, шар и т. п.), объём которых можно посчитать по известным формулам. Отдельно считаются объёмы тел, отдельно - объёмы пустот. Объём заготовки определится как
Если деталь изготавливается из проката или поковки, то стоимость заготовки определяется по весу материала, требующегося на изготовление детали и весу сдаваемой стружки руб., где S - цена 1 кг материала заготовки (проката ; поковки), руб.;
S отх - цена 1 т отходов , руб. получаемых остальными способами, с достаточной для курсового проектирования точностью определяется по формуле:

Где C i - базовая стоимость 1 т заготовок, руб.;
k т, k с, k в, k м, k п - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, веса заготовки, марки материала и объёма производства деталей.

В случае, когда выбор типа заготовки влияет на содержание технологического процесса, определяют стоимость отличительных операций:

руб.,

Где Т ст- тарифная ставка рабочего - станочника, руб./час;
k=1,15 - коэффициент, учитывающий зарплату наладчика станка;
Tш.к - штучно-калькуляционное время, необходимое для выполнения данной операции, мин. от сопоставления способов получения заготовок

N - годовая программа, шт.

ВАРИАНТ 1 - поковка	ВАРИАНТ 2 - штамповка
	Масса готовой детали q = 3,058 кГ
Масса заготовки Q=10,409 кГ	Масса заготовки Q=5,794 кГ
Коэффициент использования материала g = 0,39	Коэффициент использования материала g = 0,53
= 11,6 руб.	S заг = 18,02 руб.
=1,25 руб.	Стоимость отличительных операций = 0
Окончательно получаем:
S заг = 11,6 + 1,25 = 12,85 руб.	S заг =18,02 руб.
Годовой экономический эффект Э г = (18,02 - 12,85) · 10 000 = 51700 руб.