Основные этапы и методы получения изделий машиностроительного производства, производственная терминология

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Технологический процесс начинается с металлургического производства первичных заготовок: слитков, профилей, порошков, потому что основные конструкционные материалы сегодня - это металлические сплавы.

В условиях металлургического производства машиностроительные профили изготавливают обработкой давлением: прокаткой, прессованием и волочением. В результате получают заготовки в виде сортовых профилей, листового проката, труб и периодических профилей. При изготовлении деталей из калиброванных профилей, отличающихся высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности, возможна только отделочная механическая обработка поверхностей заготовок.

Сортовые профили подразделяют на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер; рельс; угловой, тавровый профили и т. п.), листовой металл - на толсто и тонколистовую сталь и фольгу. Трубы могут быть бесшовными и сварными. Бесшовные трубы используют в наиболее ответственных трубопроводах, работающих под внутренним давлением в агрессивных средах. Периодические профили имеют изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль своей оси. Они являются заготовками, упрощающими процесс изготовления ответственных деталей машин в условиях крупносерийного производства. Гнутые профили применяют при изготовлении изделий для машиностроения, автомобильной и авиационной промышленности, строительных конструкций.

Заготовки машиностроительного производства, имеющие форму и размеры близкие к форме деталей машин, получают методами обработки давлением, порошковой металлургии, литья и сварки.

Для получения заготовок из стали и цветных металлов с деформированной макроструктурой применяют методы обработки давлением: ковку, объемную и листовую штамповку.

Ковку применяют для изготовления заготовок в единичном производстве путем пластической деформации профилей или слитков. При производстве крупных и уникальных заготовок массой до 250 т ковка единственно возможный способ обработки давлением.

Рис. 1. Основные этапы изготовления и обслуживания изделий машиностроительного производства

Заготовки, полученные объемной штамповкой, отличаются более высокой точностью размеров и качеством поверхностного слоя по сравнению с коваными поковками. Применение этого вида обработки давлением для получения заготовок деталей машин экономически целесообразно в условиях крупносерийного и массового производства. При изготовлении поковок объемной штамповкой применяют сортовые и периодические профили массой до 400 кг. По точности и шероховатости поверхностей заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой, не уступают изделиям, изготавливаемым специальными способами литья. При этом механические свойства поковок выше, чем отливок.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные изделия минимальной массой (от долей граммов до десятков килограммов) с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это позволяет сократить количество отделочных операций механической обработки резанием. В качестве заготовок при листовой штамповке используют полученные прокаткой листы, полосы или ленты, толщина которых обычно не превышает 10 мм.

Методами порошковой металлургии получают заготовки, которые по размерам и форме близки к размерам и форме деталей, поэтому при изготовлении изделий требуется небольшой объем механической обработки. Технологии порошковой металлургии позволяют практически полностью исключить из производства обычные металлургические процессы, а также значительно улучшить экологические показатели производства. Коэффициент использования металла увеличивается до 0,98, производительность труда возрастает по сравнению с изготовлением деталей из сортовых профилей, получаемых в условиях металлургического производства.

Методом литья получают заготовки практически любых размеров, как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности заготовки зависят от способа литья. Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов.

Сварные заготовки изготавливают различными видами сварки. В ряде случаев сварка упрощает изготовление заготовок сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является шов или околошовная зона: их прочность, как правило, ниже прочности основного металла. Заготовки сложной конфигурации экономически эффективнее изготавливать из элементов, полученных штамповкой, литьем, прокаткой, с их последующим соединением сваркой.

Далее заготовки подвергают механической, электрофизической, электрохимической обработке с целью получения деталей с требуемыми параметрами качества. Так, например, часто сварные конструкции перед резанием подвергают термической обработке для снятия внутренних напряжений и изменения механических свойств.

Затем cледует сборка деталей для изготовления машин с требуемыми эксплуатационными характеристиками. Работоспособность изделия (машины) в целом и качество отдельных деталей проверяют в процессе его испытаний. Если изделие отвечает требованиям технического задания, то его начинают эксплуатировать в заданных условиях.

В процессе технического обслуживания или ремонта выявляются детали, которые не могут эксплуатироваться далее (вышедшие из строя) и должны быть заменены на новые. Отработанные детали диагностируют, и, в зависимости от результатов экспертизы, они могут быть восстановлены или использованы по иному назначению. В случаях, когда изделие неремонтопригодно, его отправляют на переплав или подвергают захоронению в соответствии со специальной технологией.

На всех этапах технологического процесса изготовления изделия происходит потребление энергии и загрязнение окружающей среды. Восстановление физически изношенных деталей, ремонтируемых изделий и использование их вновь позволит существенно сократить затраты на их изготовление и уменьшить потребление ресурсов биосферы и загрязнение окружающей среды.

При проектировании изделий и подготовке технической документации по их изготовлению конструктор и технолог должны обеспечить требуемое качество продукции при минимальных затратах материалов, энергии и труда. Поэтому при конструировании изделий следует учитывать не только условия эксплуатации изделий, но и технологию их изготовления.

В процессе конструирования деталей с заданными показателями качества необходимо учитывать следующие требования, способствующие повышению их технологичности: минимальную себестоимость, трудоемкость и материалоемкость, высокую надежность, стабильность и ремонтопригодность. Вопросы технологичности конструкции детали должны решаться на стадиях проектирования заготовки, ее механической обработки и сборки всего изделия.

При разработке новых технологий необходимо решать экологические вопросы, возникающие при добыче полезных ископаемых, потреблении энергии и загрязнении окружающей среды. Поэтому ответственность за состояние экосистемы Земли лежит на специалистах, работающих во всех областях техники.

Изделие - это предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на данном предприятии. Всякое изделие, рассматриваемое как объект проектирования, производства, эксплуатации и ремонта, должно быть рациональным по своему конструктивному исполнению. Состав и структура изделий, в соответствии с которыми разрабатывают конструкторскую документацию, являются основными признаками их деления на виды. В зависимости от наличия или отсутствия составных частей, изделия могут быть отнесены к сборочным единицам или деталям.

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями.

Деталь - изделие, изготовленное из материала одной марки без применения сборочных операций или с использованием местных соединительных операций (сварка, пайка, склеивание и т. п.). Следует различать взаимосвязанные и самостоятельные детали: взаимосвязанными считают детали, являющиеся составными частями сборочных единиц; самостоятельные детали не входят в состав других изделий (например, гаечный ключ).

Машина - устройство, выполняющее преобразования энергии, материалов, информации с целью облегчения и увеличения производительности труда человека. Машины используются для расширения функциональных возможностей человека в различных областях деятельности. Машина состоит из деталей, узлов, сборочных единиц, агрегатов и элементов, обеспечивающих соединение составных частей в многофункциональное изделие.

Узел - часть машины, установки и т. п., состоящая из нескольких простых деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, редуктор).

Агрегат - укрупненный унифицированный элемент машины, обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции (в автомобиле это двигатель, коробка передач).

Изделия изготавливают в условиях массового, серийного и единичного производства.

Массовое производство характеризуется непрерывным изготовлением изделий ограниченной номенклатуры на узкоспециализированных рабочих местах. Этот тип производства позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс.

Разделение серийного производства на крупно-, среднеи мелкосерийное условно. При одном и том же количестве выпускаемых изделий в серии, но при существенном различии их размеров, сложности и трудоемкости производство может быть отнесено к разным типам. По уровню механизации и автоматизации крупносерийное производство схоже с массовым, а мелкосерийное - с единичным.

Единичное производство характеризуется изготовлением в единичных количествах изделий широкой номенклатуры, не повторяющихся или повторяющихся через определенный промежуток времени, на рабочих местах, не имеющих определенной специализации.

Производственный процесс - совокупность всех действий людей и орудий, необходимых на данном производстве для изготовления или ремонта выпускаемых изделий. При осуществлении этого процесса материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, соответствующую своему служебному назначению.

Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению состояния предметов труда. При осуществлении технологического процесса происходит последовательное изменение формы, размеров, свойств материала или полуфабриката в целях получения изделия, соответствующего заданным техническим требованиям. Технологический процесс осуществляется на рабочих местах.

Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все последовательные действия рабочего и оборудования по изготовлению заготовки или ее обработке.

Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах.

Производство изделий невозможно без технологического оборудования и оснастки.

Технологическое оборудование - это орудия производства, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают заготовки, средства воздействия на них и источники энергии. Примером технологического оборудования являются литейные машины, прессы, станки, печи и т. д.

Технологическая оснастка - это орудия производства, используемые совместно с технологическим оборудованием, для выполнения определенной части технологического процесса. Примерами технологической оснастки являются штампы, литейные формы, приспособления, режущий инструмент и т. д.

Изготовление деталей начинается с производства заготовок. Различают следующие виды заготовок.

Профили - заготовки постоянного или периодического сечения, изготавливаемые в условиях металлургического производства.

Штучные заготовки - заготовки, получаемые обработкой давлением, методами порошковой металлургии, литьем и сваркой.

Комбинированные заготовки - сложные изделия, получаемые соединением (в частности, сваркой) отдельных литых, штампованных, кованых элементов. Эти заготовки классифицируют в соответствии с методом получения исходных элементов и называют листосварными, штампованными, литосварными и др. Примерами комбинированных заготовок также являются заготовки из композиционных материалов. Комбинированные заготовки позволяют снизить массу изделий, а для более нагруженных конструкций использовать оптимальную композицию структурообразующих элементов.

Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью получаемых размеров, структурой металла, состоянием поверхности и т. д. Форма и размеры заготовки определяют технологию ее изготовления и последующую механическую обработку. Точность размеров является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали.

Припуск на механическую обработку - слой металла, удаляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуск на механическую обработку назначают только на те поверхности, для которых требуемая форма и точность размеров не могут быть достигнуты принятым методом и способом получения заготовки. Размер припуска влияет на себестоимость изготовления детали.

Оптимальный припуск зависит от материала, размеров, конфигурации и вида заготовки, толщины дефектного поверхностного слоя и др. Известно, что полученные в песчаных формах отливки имеют на поверхности раковины, песчаные включения, а поковки, изготовленные ковкой, покрыты окалиной. В процессе проектирования заготовки припуск выбирают по стандартам и справочникам.

Напуск - это объем металла на поверхности заготовки (сверх припуска), предназначенный для упрощения конфигурации заготовки и облегчения условий ее получения. В большинстве случаев напуск удаляют механической обработкой резанием, реже - оставляют в изделии (штамповочные и литейные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

На рис. 2 показаны припуски, напуски и операционные размеры вала.

Рис. 2. Припуски, напуски на размеры вала

Правильный выбор конструкционного материала должен обеспечивать высокие эксплуатационные свойства детали, ее долговечность, ремонтопригодность и способность к утилизации.

Выбор материала осуществляют на основе расчетов, экспериментов или опыта эксплуатации аналогичных деталей. Проектируя деталь, конструктор должен знать, какие технологические процессы будут использованы при изготовлении заготовки и ее последующей обработке. При этом технологические свойства материала могут заранее определять технологию изготовления заготовки и последующую ее термическую и механическую обработку.

Под качеством промышленной продукции понимают степень соответствия присущих характеристик запросам потребителей (в соответствии с ГОСТами).

Качество заготовок в большинстве случаев оценивают точностью формы, размеров, взаимного расположения поверхностей, а также физико-механическими свойствами и качеством поверхностного слоя.

Под точностью заготовки понимают ее соответствие требованиям чертежа и технических условий на ее изготовление. Отклонение реальной заготовки от требования чертежа (эталона) называют погрешностью.

Точность заготовок характеризуют как геометрическими показателями, так и физико-механическими свойствами, которые обеспечиваются правильным выбором марки материала и стабильностью параметров технологического процесса изготовления заготовок.

Качество поверхности определяется свойствами материала и технологией изготовления заготовки. Геометрические показатели качества поверхности и точности заготовок взаимосвязаны. Так, если заготовку получают литьем в песчаных формах, то микрои макронеровности не позволяют получать высокую точность размеров.

Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции, определяющих ее пригодность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работы. Вопросы технологичности решают комплексно, начиная со стадии проектирования заготовки, выбора метода ее изготовления и заканчивая процессами ее механической обработки и сборки всего изделия.

Для заготовок в качестве показателей технологичности применяют коэффициент использования материала, технологическую себестоимость, трудоемкость изготовления и др.

Коэффициент использования материала (КИМ) - это безразмерная величина, определяемая отношением массы детали (mдет) к массе израсходованного при ее изготовлении материала (mр):

металлургический агрегат профиль

КИМ = mдет / mр.

Обеспечение технологичности деталей на стадии проектирования достигается при соблюдении следующих условий:

· конфигурация изделия представляет собой сочетание наиболее простых геометрических форм;

· формы и размеры отдельных элементов детали (уклоны, радиусы закругления и др.) должны быть по возможности унифицированы;

· точность размеров и шероховатость поверхности деталей должны быть обоснованными;

· желательно использовать способы получения заготовок, которые не требуют последующего снятия стружки, например холодную объемную штамповку.

Размещено на Allbest.ru