Основные виды заготовок и их характеристики. Машиностроение и механика Определение понятия заготовка

Производство и промышленные технологии

Прогрессивные заготовки должны отвечать след.Формы и размеры заготовки должны быть так приближены формы и размерам детали. Технологический процесс получения заготовок заключается в последовательном изменении формы размеров шероховатости поверхности а также свойств исходной заготовки и её материала. процесса получения заготовки.

109.Основные понятия заготовок.

Изготовление любого машиностроительного изделия начинается с производства заготовок. Производство заготовок является одним из основных этапов машиностроительного производства, которое оказывает непосредственное влияние на себестоимость изделия. Трудоёмкость изготовления заготовок в машиностроении составляет в среднем 45% от суммарной себестоимости изготовления деталей.

Деталь – изделие, выполненное из однородного материала без применения сборочных операций.

Заготовка – предмет труда из которого изготавливается деталь путём изменения размеров, формы, свойств поверхности и самого материала.

Прогрессивные заготовки должны отвечать след. требованиям:

1.Формы и размеры заготовки должны быть так приближены формы и размерам детали.

2.Заготовки должны иметь min себестоимость, например за счёт специализации.

3.Технология заготовок должна обеспечить возможность механизации и автоматизации технологического процесса.

Технологический процесс получения заготовок заключается в последовательном изменении формы, размеров, шероховатости поверхности, а также свойств исходной заготовки и её материала.

Способы получения заготовок.

Способы получения заготовок классифицируются след. образом:

1.По физико-механическому состоянию материала:

Горячая обработка Me давлением, когда Томд > Трек

Холодная обработка – Томд < Трек

2.По форме энергии затрачиваемой на проведении тех. процесса получения заготовки.

Термич. способ сварки, когда вся энергия полностью расходуется на плавление электрода части детали, обеспечивает плавление материала { дуговая сварка }.

Термо-мех. способ сварки, когда часть энергии расходуется на расплавлении деталей, а часть обеспечивает прижатие деталей друг к другу { электроконтактная сварка }. Чисто-мех. способ сварки, когда вся энергия расходуется на сдавливание детали и образовании сварного соединения.

3.По виду материала и оснастки:

Литьё в песчано-глинистой формы { материалы: песок, глина, оснастка деревянной или металлической модели }.

Литьё в металич. форме { кокели }, { материал чугун, оснастка металич. формы, горячая штамповка; материал нагретый Ме, оснастка металлический штамп }.

4.По характеру нагрева: общий нагрев заготовок { закалка, отжиг }; общий нагрев { лазерная обработка, электроискровая обработка }.

5.По агрегатному состоянию реакционной среды { формирование диффузионных слоёв; через газовую среду – азотирование; цианирование; через твёрдую среду – титанирование, хромирование }.

По технологич. Принципу заготовки делятся на след. виды:

Отливки получаемые путём заполнения полости формы расплавл. Ме, который затвердевает в этой же форме.

Поковки получаемые при помощи объёмной пластич. деформации нагретого Ме.

Прокат изготавливаемый путём обработки Ме давлением слитков на прокатных станках.

Порошковые заготовки получаемые путём прессования и спекания порошковю

Заготовки получаемые холодной штамповкой.

Комбинированные заготовки, которые получаются путём сварки отдельных частей изготовленных литьём, ковкой, штамповкой.

Заготовки из пластмасс, которые получаются литьём, прессованием, экструзией, склеиванием, сваркой.

Выбор того или другого способа изготовления заготовок зависит от многих факторов:

Назначение и условий эксплуатации деталей, испытываемых напряжений, конструктивных форм.

Заготовки характеризуются конфигурацией, размерами, точностью и состояния поверхности. Формы и размеры заготовок в значительной степени определяют технологию их изготовления.

Точность размеров заготовок получаемых различными способами колеблются от сотых долей мм, до нескольких мм.

Состояние поверхности заготовок получаемых разными способами существенно влияет на последующую их обработку в наличии облоя, окалины, отбелённого слоя или обезуглероженного слоя вызывает необходимость предварительной подготовки поверхности { зачистка, обрубка, дробеструйная обработка }.

Литьём получают заготовки любых размеров и любой сложности, при этом отливки могут иметь сложные внутренние полости, точность размеров и качество поверхности литых заготовок зависит от способов литья { при литье под высоким давлением получаются отливки практически не требующие последующей мех. обработки }. Отливки могут изготавливать из любых известных металич. сплавов. Мех. свойства отливок зависит от способа получения и от условий кристаллизации Ме в форме, обработкой Ме давлением получают машиностроительные профили, кованные и штампованные; машиностроительные профили отличаются неизменным давлением и получаются прокаткой, прессованием, волочением.

Этим способом получаются заготовки близкие по конфигурации к размерам готовых деталей { по перечному сечению } – трубы, шестигранный прокат.

Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве. При производстве крупных до 200т поковок – это единственный способ получения заготовок по ОМД { обработка Ме давлением }.

Штамповка позволяет получать заготовки массой до 50кг по конфигурации близкой к детали. Особенностью явл. поковок невозможность изготовления в них, сложных полостей. Т.к. при ОМД получается волокнистая структура, мех. свойства поковок всегда выше чем у литых заготовок.

Сварные заготовки изготавливаются различными способами от электродуговой до электрошлаковой. Сварка упрощает изготовление сложных деталей, слабым местом сварки явл. Сварной шов и околоженная зона. Прочность Ме в которых ниже прочности основного.

Комбинирование заготовки получаются путём сварки частей изготовляемых ковкой, литьём, штамповкой.

Пластмассовые заготовки характеризуются тем, что по форме и размерам соотв. готовым деталям и требуют лишь отделочных операций. Порошковые заготовки практически не требуют мех. обработки.

Литье – один из самых распространенных методов формообразования, что объясняется его преимуществами:

1 высокий КИМ и КВТ.

2 изготовление отливок практически не ограниченной массы и габаритов.

3 возможность получения отливок из любых сплавов.

Получение отливок из сплавов не поддающихся ковке и мех. обработки.

Существуют более 50 способов литья, но сущность всех сплавов одна: получение сплава заданного хим. Состава и заливка его в заранее подготовленную форму. В этой форме сплавы охлаждаются и затвердевают. Тенденции развития литейного производства заключаются в создании новых материалов и повышения качества отливок, повышение их точности и снижение металлоемкости.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
61544.		Приёмы вычислений для случаев вида 26+4	21.13 KB
	Тип урока: комбинированный Средства обучения: примеры на доске учебник наглядное пособие карточки с примерами Литература для учителя: Математика. На доске записаны числа...
61545.		Что значит быть внимательным	17.58 KB
	Развивающие: развивать внимание память обогащать словарный запас. Ребята скажите а как вы думаете что такое внимание ответы детей Как вы думаете у всех ли есть внимание Как вы считаете что значит быть внимательным ответы детей Внимание есть у всех.
61547.		Наблюдение над значениями приставок	23.26 KB
	Задачи: Повторить и закрепить знания о правописании приставок и их различия при написании слов. Развивать орфографическую зоркость, формировать навык грамотного письма слов и предложений с предлогами.
61549.		Родственные слова. Корень. Безударная гласная в корне. Правописание гласной в после шипящей	21.87 KB
	Чистописание Словарная работа Физминутка Работа над предложением. Записываем в столбик слова с маленькой буквы. Поставим ударение в словах. Ребята скажите что в этих словах особенного эти слова родственные...
61550.		Открытка ко Дню защитника Отечества	24.25 KB
	Цель: научить учащихся выполнять открытку в технике аппликации Задачи: Образовательные: обобщить знания о защитниках Отечества научить детей размечать детали по шаблону научить выполнять открытку научить вырезать...
61551.		Открытка к 8 Марта	19.93 KB
	Педагогические задачи: Образовательные: закрепить навык разметки по шаблону закрепить навык работы с бумагой познакомить учащихся с историей праздника 8 Марта учить...

Деталь - элементарная часть механизма или изделия, не требующая дальнейшей механической обработки.

Детали бывают оригинальные и стандартные.

Оригинальные изготавливаю под конструкцию конкретного механизма или изделия и могут нигде больше не встречаться. Возможно их использование в других конструкциях, но требований ГОСТа к их конкретным размерам и другим характеристикам не предъявляется. К таким изделиям в механизмах могут относится шестерни, валы, крышки, корпусные детали, заглушки, и т.д.

В художественных изделиях в основном и применяются оригинальные детали: листики, шарики, цветочки, крученые прутки, ручки, завитки, хомуты и т.д.

Стандартными изделиями называются детали изготовленные по требованию ГОСТа и, естественно, имеющие одни и те же размеры и другие параметры, независимо от места их изготовления. К ним относятся: подшипники, болты, гайки, шпонки, уплотнения и т.д. Как правило, такие детали не должны в процессе сборки конструкции подвергаться переделки. Они нашли применение и в художественных изделиях. Например, в флюгерах применяются узел вращения с установленным в нем подшипниками качения, и т.д.

Заготовкой называется исходный материал определенной формы, свойств и размеров, применяется для изготовления детали.

Заготовки делятся на фасонные заготовки и просто заготовки.

Заготовка отличается от детали тем, что на местах ее контакта с другими деталями (если таковые есть) предусматривается дополнительный слой металла (припуск на механическую обработку), который удаляется методами резания в процессе изготовления детали. Величина припуска назначается по ГОСТу.

Фасонными называются заготовки, по своей форме максимально приближенными к контурам будущей детали.

Из таких заготовок возможно изготовление деталей только одного вида и размера.

Как правило фасонные заготовки применяются для изготовления стандартных деталей в массовом производстве. Основным условием является минимальное количество отходов при изготовлении детали.

Из просто заготовок можно получить несколько видов деталей. Например, из прутка шестигранника можно получить как болт, так и гайки.

В случае а - в отход уйдет часть металла, срезанного под цилиндрическую часть болта, а во втором случае - высверленного под отверстие гайки.

Для изготовления изделий художественной направленности фасонные заготовки встречаются крайне редко, поскольку количество художественных изделий ограничено.

Как правило, заготовками является продукция прокатного производства: листовой материал, прутки различного сечения и т.д. Их номенклатура лимитируется ГОСТом и занесена в «Сортамент» - документ, строго определяющий все размеры выпускаемой продукции.

Этот материал может быть использован как для прямого получения деталей, так и для выпуска фасонных заготовок путем дальнейшей их обработки давлением.

Из листового материала для художественных изделий методом листовой рельефной штамповки, а также рельефного проката и накатки можно получит различные детали растительного орнамента и т.д.

2.Способы получения простых заготовок.

Простыми заготовками называются заготовки, имеющие простые геометрические формы пруток с сечением цилиндр, круг, квадрат, прямоугольник, шестигранник. Такое сечение имеет продукция прокатного производства - лист, уголок, швеллер и т.д., предназначенные для получения различных деталей или фасонных заготовок.

Исходным материалом для получения простых заготовок является продукция металлургического производства - слитки. Для получения простых заготовок эти слитки подвергают обработке давлением - прокату (продольному и поперечному), прессованию, волочению и т.д..

Иногда простые заготовки получают методом литья. Например, для получения детали из сплава методом резания заготовку (допустим, цилиндр) получают путем заливки жидкого металла в форму.

В большинстве случаев художественные изделия из металла получают дальнейшей обработкой давлением, используя различие вида простых заготовок.

3. Способы получения фасонных заготовок и их особенности.

Исходным материалом для получения фасонных заготовок является различные виды простых заготовок, а также слитки металла

Простые по конфигурации фасонные заготовки получают методами ковки, объемной и листовой штамповки, а сложные – различными способами литья (рассказать обо всех способах).

Ковка – технологический процесс получения фасонной заготовки путем деформации металла между двумя плоскими бейками (возможно использование подкладного инструмента). Ковкой получают изделия в штучном производстве.

Основной особенность получения заготовки методом ковки является отсутствие специальных инструментов. Весь инструмент универсален. Количество инструмента может быть очень большим, однако применятся он может для изготовления различных заготовок. Основной инструмент это наковальня и молотки различного веса.

Объемная штамповка – технологический процесс получения фасонной заготовки путем деформации металла между двумя штампами, жестко закрепленными на наковальне и бейке и имеющие полости по конфигурации соответствующие контуру будущей детали.

Способ применяется в массовом производстве, поскольку штампы стоят дорого.

Особенностью является то, что изготавливаемая заготовка должна иметь объемные места и утолщения, которые могут переходить в тонкие части.

Листовая штамповка – технологический процесс получения заготовки из листового металла толщиной примерно 1-4 мм. путем деформации его между двумя штампами, жестко закрепленными на наковальне и бейке, нижний из которых вогнут, а верхний выгнут. Штампы совмещаются с зазором соответствующие толщине листа. Способ применяется в массовом и мелкосерийном производстве.

К особенностям относится наличие в технологическом процессе не одной, а нескольких видов оснастки (вырубной, рельефной, обрезной и т.д.).

Необходимо применение промышленного оборудования.

Литье – это технологический процесс получения фасонной заготовки путем заливки жидкого металла в специальную форму, по конфигурации соответствующей контурам детали.

Различными способами литья можно получить заготовки сложной конфигурации, а также с полостями и поднутрениямиями.

Способ применяется как в массовом, так и в штучной производстве заготовок.

Особенностью является обязательное наличие прототипа отливки - называемое моделью. Модель изготавливается из легкообрабатываемого материала

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

Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109--82, называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.

Различают три основных вида заготовок: машиностроительные профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или трубы) или периодического. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или сваркой. Комбинированные заготовки -- это сложные заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных более простых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.

Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пределах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том, что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центрование, а иногда и обработку технологических баз.

Припуски, напуски и размеры

Припуск на механическую обработку -- это слой металла, удаляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку -- это слой металла, необходимый для выполнения всех необходимых технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Операционный припуск -- это слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Припуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных.

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации, рабочего. Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптимальным для данных условий производства.

Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и других факторов. Известно, например, что чугунные отливки имеют дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный поверхностный слой.

Оптимальный припуск может быть определен расчетно-аналитическим методом, который рассматривается в курсе «Технология машиностроения». В отдельных случаях (например, когда еще не разработана технология механической обработки) припуски на обработку различных видов заготовок выбирают по стандартам и справочникам.

Рис. 2.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и вала (в) : А эаг, Б заг, В заг, D заг, D? заг -- исходные размеры заготовки; A дет, Б дет, В дет, D " дет, D " дет, -- размеры готовой детали; D 1 , D 2 , О" 1 , О" 1 , -- операционные размеры заготовки

Действительный слой металла, снимаемый на первой операции, может колебаться в широких пределах, т. к. помимо операционного припуска часто приходится удалять напуск.

Напуск -- это избыток металла на поверхности заготовки (сверх припуска), обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев напуск удаляется механической обработкой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис. 2.1 на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов -- в минус, для отверстий -- в плюс.

Все виды и марки материалов, входящих в состав готового машиностроительного изделия, прежде чем превратиться в него, претерпевают в ходе производственного процесса ряд последовательных структурных и параметрических превращений. В общем случае схема превращения исходных материалов в готовое изделие показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1.

Процессы получения заготовок тесно связаны с последующей размерной обработкой. Трудоемкость последней в большой степени зависит от точности выполнения заготовок и приближения их конфигурации к конфигурации готовых деталей. Поэтому технология машиностроения развивается в направлении комплексного процесса изготовления деталей, включающего получение заготовки и последующую размерную обработку. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства.

Определение понятия детали и сборочной единицы было дано в гл. 2. Дополним их понятиями полуфабриката и заготовки.

Полуфабрикат – конструкционный материал, прошедший одну или несколько стадий обработки (лист, труба, пруток, профиль и т.п.), предназначенный для изготовления заготовок и деталей. Полуфабрикат является промежуточным звеном в цепочке от материалов, до готовой продукции.

Заготовка – предмет производства, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготовляют элементы конструкции изделия. К заготовкам деталей относят: отливку, штамповку, прокатку, ковку и др.

К заготовительным процессам преобразования полуфабрикатов в заготовки относят: разрезку, рубку, правку и т.п.

Правка – операция, связанная с устранением или уменьшением местных и общих деформаций заготовки. Правка проката предшествует его резке на мерные заготовки, которые в некоторых случаях также подвергают правке. Правкой уменьшают припуск па последующую механическую обработку заготовки. Ее выполняют па правильных валках, прессах, правильно-растяжных машинах, правильно-калибровочных станках и т.д. (рис. 6.2).

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

Показанный на рис. 6.2, а станок предназначен для правки любого прутка: холоднотянутого, горячекатаного, гладкого или рифленого, а также резки его в размер. На рис. 6.2, б показан станок для правки крупногабаритного листового материала.

Резку заготовок из проката обычно проводят по упору па ленточнопильных станках, отрезных ножовочных станках, дисковых пилах и др.

В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных работ в машиностроении составляет 40–45% общей трудоемкости производства изделий машиностроения. Главная тенденция в развитии заготовительного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точности их формы и размеров.

Выбор рационального вида заготовок (материала, способа изготовления, конструктивной формы) – один из важнейших факторов борьбы за экономное расходование машиностроительных материалов и снижение себестоимости деталей. Он определяется функциональными требованиями к детали, характером производства, экономической целесообразностью. Существует универсальная технологическая классификация методов изготовления заготовок и деталей, позволяющая в первом приближении начать выбор.

Исходя из конструктивных форм, габаритных размеров, марки материала и необходимого количества выпускаемых деталей в единицу времени определяют метод получения заготовки. При этом основываются только на технологических свойствах данного материала, таких как возможность литья, штампуемость, прессуемость, свариваемость, обрабатываемость резанием. Выбор метода получения заготовки схематично представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3.

В процессе изготовления заготовок и деталей применяют различные виды энергии: механическую, тепловую, акустическую, электрическую, магнитную, световую, химическую, радиационную и др. и их сочетания: электромагнитную, электротермическую, электрохимическую; термомеханическую и др.

Используемые энергетические поля разделяют на стационарные и нестационарные, волновые, импульсные и т.п.

Припуск на механическую обработку – это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку – это слой материала, необходимый для выполнения всех технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Oneрационный припуск – это слой материала, удаляемый при выполнении одной технологической операции.

Припуск измеряют по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных. В качестве примера на рис. 6.4 показан общий припуск на обработку заготовок (проката, поковки, отливки).

Рис. 6.4.

а – из проката; б – поковки; в – отливки

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

Напуск – это избыток материала на поверхности заготовки сверх припуска, обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев он удаляется последующей механической обработкой, реже остается в детали, например, в виде штамповочных уклонов, увеличенных радиусов закруглений и др.

Все заготовки, независимо от методов их получения, должны иметь минимальный припуск, а следовательно, их геометрические размеры должны приближаться к геометрическим размерам готовых деталей, но при этом обеспечивать заданное по рабочей документации качество (по размерам и шероховатости поверхности). Обеспечение минимального припуска повышает коэффициент использования материала и уменьшает трудоемкость дальнейшей обработки.

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

• химический состав, структура и зернистость материала должны быть одинаковыми по всему объему заготовки для обеспечения стабильности механических и физических свойств материала заготовки;
• все поверхности не должны иметь раковин, трещин, спаев и механических повреждений, которые могут привести к выпуску некачественных деталей;
• поверхности, используемые как базовые на первой операции их обработки, должны быть чистыми, без заусенцев, остатков литников, прибылей, окалины и других дефектов, иначе это приведет к значительным погрешностям установки при дальнейшей обработке или сборке;
• все внутренние напряжения должны быть сняты за счет применения термообработки (обжига).

Комбинированные методы целесообразно применять для изготовления сложных и крупных заготовок. Обычно их расчленяют на отдельные элементы, изготовляемые прогрессивными способами с последующим их соединением сваркой или пайкой. Примеры заготовок: листоштампованные элементы, соединенные точечной или шовной сваркой или пайкой в одну сложную заготовку; полученные газовой резкой элементы из листового проката (или отливки), соединенные шовной сваркой в крупногабаритные заготовки (фундаментальные кольца гидротурбин, рамы стационарных двигателей внутреннего сгорания); штампованные или обработанные резанием заготовки, залитые в одну сложную заготовку (диафрагмы паровых турбин с залитыми лопатками); средние по размеру отливки, соединенные термитной сваркой в одну крупную и сложную заготовку.