Задание номер 1

1. Основное назначение заготовительного производства состоит в обеспечении механических цехов высококачественными заготовками. Основной тенденцией заготовительного производства является повышение точности и улучшение качества поверхностного слоя заготовок. Однако достижение этих качеств при малой программе выпуска может оказаться экономически невыгодным, так как расходы на оснастку для заготовительных процессов могут превысить экономию на механической обработке.

2. Примерная структура производства заготовок в машиностроении

Вид заготовок	Доля заготовок %	Вид заготовок	Доля заготовок, %
Сварные конструкции	50	Поковки:
Отливки	39,65	штампованные	8,2
в том числе из:		из слитков	2,1
чугуна	28.28	Изделия из металли- ческих порошков	0,05
стали	9,3
цветных металлов	2,07

3. 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.

4. Припуск -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.

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.

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 получен ния. 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.

6. Под экономической точностью подразумевается такая точность обработки, получение которой данным методом является экономически наиболее оправданным. Чем выше точность детали тем выше себестоимость заготовки и готовой детали

7. Каждый способ производства заготовок требует от материала определенного комплекса технологических свойств. Поэтому часто материал накладывает ограничения на выбор способа получения заготовки. Так, серый чугун имеет прекрасные литейные свойства, но не куется. Титановые сплавы обладают высокими антикоррозионными свойствами, но получить из них отливки или поковки весьма затруднительно.

Если заготовки из одного и того же материала получать различными Способами (литье, обработка давлением, сварка), то они будут обладать неидентичными свойствами, т.к в процессе изготовления заготовки происходит изменение свойств материала. Так, литой металл характеризуется относительно большим размером зерен, неоднородностью химического состава и механических свойств по сечению отливки, наличием остаточных напряжений и т.д. Металл после обработки давлением имеет мелкозернистую структуру, определенную направленность расположения зерен (волокнистость). После холодной обработки давлением возникает наклеп. Холоднокатаный металл прочнее литого в 1,5...3,0 раза. Пластическая деформация металла приводит к анизотропии свойств: прочность вдоль волокон примерно на 10...15% выцГе, чем в поперечном направлении.

8. Качество поверхностного слоя заготовок характеризуют совокупностью служебных свойств поверхностного слоя заготовки (детали) и оценивается двумя группами параметров:

- геометрическими (волнистость, шероховатость, субмикронеровности); - физико-механическими (химический состав, микро- и макроструктура; величина, знак и глубина распространения  остаточных напряжений и др.)

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 микро- и макронеровности не позволяют получать высокую точность размеров.

9. 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.

Современная тенденция состоит в том, что отработка конструкции на технологичность смещается на стадию разработки конструкторской документации. Поэтому при проектировании деталей конструктор должен уметь выбрать оптимальные методы и способы получения заготовки, ее последующей обработки, обеспечивающие требуемое качество.

Выбор показателей технологичности зависит от назначения детали, типа производства и условий эксплуатации. Для заготовок в качестве показателей технологичности применяют коэффициент использования материала, технологическую себестоимость, трудоемкость изготовления и др.

10. Конструктивная форма детали в известной степени зависит от способа получения для нее заготовки. Выбор конструктором формы детали тесно связан с технологическим процессом ее изготовления. Критерием технологичности заготовки является степень подобия ее формы и размеров форме и размерам готовой детали. Чем меньше требуется дополнительных операций по доводке поверхностей заготовки, тем выше технологичность заготовки. Выбор технологичной заготовки облегчается при максимальном упрощении конфигурации детали.

11. Основные способы производства заготовок - литье, обработка давлением, сварка. Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации. Точность размеров и качество поверхности зависят от способа литья. Некоторыми специальными способами литья (литье под давлением, по выплавляемым моделям) можно получить заготовки, требующие минимальной механической обработки.

Обработкой металлов давлением получают машиностроительные профили, кованые и штампованные заготовки.

Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием, волочением. Эти. методы позволяют получить заготовки, близкие к готовой детали по поперечному сечению (круглый, шестигранный, квадратный прокат; сварные и бесшовные трубы). Обработкой давлением получают заготовки из достаточно пластичных металлов. Механические свойства таких заготовок всегда выше, чем литых.

Сварные заготовки изготавливают различными способами сварки-от электродуговой до электрошлаковой. В ряде случаев•сварка упрощает изготовление заготовки, особенно сложной конфигурации. Перспективно в настоящее время получение заготовок из пластмасс и порошковых материалов. Характерной особенностью таких заготовок является то, что они по форме и размерам могут соответствовать форме и размерам готовых деталей и требуют лишь незначительной, чаще; всего отделочной-обработки.

12. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства.

Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить рациональный технологический процесс её получения с учётом материала детали, требований к точности её изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска. Поэтому очень важен экономически и технологически обоснованный выбор вида заготовки

13. Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

-Форма и размеры заготовки

-Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

-Технологические свойства материала заготовки

-Программа выпуска продукции

-Длительность технологической подготовки производства

14. Помимо минимальной, металлоемкости и трудоемкости к заготовкам предъявляют ряд требований с точки зрения их последующей механической обработки. К числу таких требований относятся: минимальные припуски на обработку; рациональное расположение литейных и штамповочных уклонов; повышенная точность размеров; минимизация или полное устранение дефектных слоев и др.

Минимизация припусков уменьшает количество проходов и переходов механической обработки и тем снижает ее стоимость. Точность размеров заготовок, получаемых различными способами, колеблется от сотых долей до нескольких десятков миллиметров. Естественно при этом стремление получить точность заготовки максимально приближенной к требованиям чертежа готовой детали. В этом-случае иногда удается обойтись без механической обработки. Особенно возрастают требования к точности заготовок и стабильности размеров при обработке их на прутковых автоматах, станках типа «обрабатывающий центр», в гибких производственных системах, робототёхнических комплексах и пр. Низкая точность заготовок в автоматизированном производстве часто является причиной отказа сложных систем и линий. Поэтому точность заготовок перед запуском их на обработку в автоматизированном производстве часто приходится повышать путем предварительной обработки базовых поверхностей.

15. Масса технологического и заготовительного отходов уменьшается по мере совершенствования технологических процессов и применения прогрессивных методов обработки. При любом типе производства необходимо стремиться к снижению норм расхода материала за счет уменьшения технологического и заготовительного •отходов. Особенно актуальна эта задача в условиях массового производства. Именно в массовом производстве родились безотходные методы производства изделий (например, производство болтов и винтов из прутка методом холодной высадки).

16. С точки зрения экономии материалов, особенно дорогостоящих жаропрочных и титановых сплавов, и с точки зрения сокращения затрат времени и средств на механическую обработку целесообразно выбирать заготовки, которые по форме, размерам, точности и качеству поверхности возможно полнее соответствовали бы параметрам готовой детали. Но при этом будут увеличиваться текущие и единовременные затраты на получение заготовки в заготовительном цехе (на штамповочную или литейную оснастку, на технологическое оборудование и т. д.).

17. Литье:

• Литьё в песчаные формы 

• Литьё в кокиль 

• Литьё по газифицируемым моделям 

• Центробежное литьё 

• Литьё под давлением 

• Центробежное литьё 

• Литьё в оболочковые формы 

• Литьё по выплавляемым моделям 

18. Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.

Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.

19. Литейные формы изготовляют как из неметаллических материалов (песчаные формы, формы изготовляемые по выплавляемым моделям, оболочковые формы) для одноразового использования, так и из металлов (кокили, изложницы для центробежного литья) для многократного использования.

20. Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.

Заполняемость. Она характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.

Характер затвердевания. Характер затвердевания металлов и сплавов определяет особенность перехода металла из жидкого состояния в твердое.

Характер формирования литой поверхности. Под характером формирования литой поверхности металлов и сплавов подразумевают их способность воспроизводить профиль поверхности формы (шероховатость, механический пригар), склонность к образованию макронеровностей (спаи), склонность к химическому взаимодействию с формой (химический пригар).

Объемная усадка. Объемная усадка металлов и сплавов характеризует изменение объема металла при понижении температуры в жидком состоянии, в процессе затвердевания и при охлаждении твердого металла.

Линейная усадка. Линейная усадка металлов и сплавов отражает изменение линейных размеров отливки после образования на ее поверхности жесткого кристаллического скелета и охлаждения до комнатной температуры.

Трещиностойкость. Это - способность металлов и сплавов к релаксации (ослаблению, уменьшению) напряжений, возникающих в отливке при затвердевании и охлаждении, в результате усадки, фазовых превращений или температурного перепада.

Свариваемость. От свариваемости сплавов зависит качество исправления дефектов отливок и надежность соединения литых деталей методом сварки.

21. Наибольшее влияние на механические свойства сплавов из технологических факторов, связанных с процессом заполнения формы, оказывают скорость течения расплава в форме, конструкция литниковой системы, способ подвода сплава и температура его заливки. Эти факторы влияют на формирование структуры сплава, развитие пористости, возникновение неметаллических включений и таким образом определяют прочностные характеристики отливки.

Пути управления:

-Влияние скорости течения расплава в форме на механические свойства отливок, заливая сплавом АЛ9 горизонтально расположенные в кокиле пластины толщиной 5, 8, 12 и 16 мм. Литниковую систему, состоящую из стояка, коллектора и питателей сечением 50 х δ_отл мм выполняли в песчаных стержнях, изменяя соотношения F_c:F_к:F_п в пределах от 1:4:6 до 1 : 1,2 : 1,1. Изменение скорости течения металла в форме достигали применением стояков различного диаметра: 8, 14, 16 и 24 мм, высота которых, т. е. напор, оставалась неизменной и составляла во всех случаях 100 мм.

-Влияние скорости подъема расплава в песчаной форме на прочность отливок изучали, заполняя сплавом АЛ2 через нижнюю вертикально-щелевую системы вертикальные пластины высотой h_отл = 400, шириной b=300 и толщиной δ_отл= = 10, 15 и 20 мм. Изменение скорости достигали подбором стояков различного диаметра при сохранении соотношения F_c:F_к:F_п=1:2:3. Среднюю скорость подъема металла в форме оценивали отношением высоты отливки к продолжительности заливки, а механические свойства определяли на плоских образцах.

-При вертикально-щелевой литниковой системе заливали пластины с h_отл=400, δ_отл=5-:-10 и b = 400 мм и полые цилиндры с h_отл=400, наружным диаметром 300 и δ_отл=5-:-10 мм. Расплав подводили к торцовой части пластины, т. е. вдоль полости формы, а при заливке цилиндров - радиально, в стержень, который выполнял роль гидравлического сопротивления типа «экран». Среднюю скорость оценивали отношением расхода на единицу длины отливки (l), т. е. величиной K_Q=Q/l = =δ_отлv_ф. С увеличением скорости заполнения K_Q прочность отливок резко снижается.

-Влияние способа подвода расплава на качество отливок и разброс механических свойств наблюдали также, заливая в горизонтальном положении отливки панельного типа и вертикального расположенные в форме фасонные отливки

Таким образом, эксперименты подтверждают, что механические свойства отливок, скорость заполнения формы, конструкция литниковой системы, способ и место подвода расплава в форму взаимосвязаны.

22. Чертеж детали выполняется в соответствии с существующими требованиями ЕСКД. Чертеж отливки выполняется в соответствии с ГОСТ 3.1125-88.

Главный вид (или разрез) отливки размещают в рабочем положении форм. Построение чертежа рекомендуется выполнять в следующем порядке;

- тонкими линиями вычерчивается контур детали

- вычерчиваются припуски на механическую обработку

- вычерчиваются линейные напуски - линейные уклоны и радиусы скругления

-полученные контуры отливки обводят основными линиями

- размеры отливки проставляют в соответствии с системой размеров детали, кроме размеров отливки указывают основные размеры детали.

23. припуски на механическую обработку назначаются в том случае, если шероховатость поверхности и точность размеров поковки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к готовой детали. Размер припуска зависит от вида механической обработки и определяется глубиной дефектного слоя поковки.

Припуск на механическую обработку включает в себя основной и дополнительные припуски которые учувствуют отклонения формы поковки. Величины припусков назначаются на одну сторону номинального размера поковки.

Основные припуски зависят от исходного индекса (индекс от массы поковки, группы стали, степень сложности и класса точности) и шероховатость поверхности.

Дополнительные припуски учитывают смещение поковки, изогнутость, отклонение от плоскостности и прямолинейности, межцентрового и межосевого расстояний, угловых размеров. Их назначают, исходя из формы поковки и технологии ее изготовления и устанавливают в зависимости от класса точности по ГОСТ 7505-89.

Линейные размеры разрешается округлить до 0,5 мм

Уклоны. Для облегчения удаления готовых поковок из плоскостей штампа делают штамповочные уклоны боковых поверхностей поковки.

В случае унификации режущего и мерительного инструментов, и упрощения изготовления ручьев штампа обычно делают уклоны в 3, 5, 7, 10, 12 градусов. Причем для наружных боковых поверхностей принят номинальный уклон 7 градусов, для внутреннего 10 градусов.

Радиусы закруглений . для предотвращения поломки (появления трещин) и улучшения заполнения полости штампа у поковки выполняются внешние радиусы закруглений r. Для предотвращения сменания и появление заусенцев, складок, что ведет к затруднению извлечения поковки ручья, называются внутренние радиусы R.

При назначении радиусов закруглений следует также иметь ввиду, то что если радиусы меньше, чем величина припуска, их следует увеличивать до размера припуска. Если же припуск меньше радиуса, то его так же увеличивают до величины радиуса.

Для высоколегированных марок стали, цветных металлов и сплавов следует увеличивать на 20-30%.

24.  Очень важно правильно выбрать черновую (первичную) базу. При выборе такой базы необходимо учитывать форму заготовки (отливки, поковки), чтобы черновая база создавала условия для качественной обработки других поверхностей. При этом желательно, чтобы поверхность, принятая за черновую базу, была сравнительно ровной и чистой и позволяла надежно и правильно закреплять заготовку па станке. В качестве черновых баз обычно выбирают поверхности, которые либо вообще не обрабатываются, либо имеют наименьшие припуски на обработку. Нельзя принимать черновую базу за установочную при повторных установках заготовки на станке, так как при этом невозможно достичь заданной точности. Поэтому при повторных установках, как правило, пользуются обработанными поверхностями (чистовыми базами) как установочными базами.

25. Отливки предназначены для эксплуатации в качестве деталей машин, механизмов, приборов. В зависимости от условий эксплуатации они должны иметь вполне определенные служебные характеристики (прочность, герметичность, жесткость и т. д.). Конструкция отливки должна быть технологичной, т. е. обеспечивать удобство выполнения операций по ее изготовлению — формовки, обрубки, очистки, обработки резанием. При разработке конструкции отливки необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. При разработке конструкции литой детали необходимо предусмотреть беспрепятственное извлечение модели из формы. Это обеспечивается назначением соответствующих уклонов, которые устраивают на стенках отливок, перпендикулярных плоскости разъема. Модель без уклонов при извлечении разрушает форму.

2. Отливка должна иметь преимущественно равномерную толщину стенок, так как в утолщенных местах стенок могут возникнуть дефекты усадочного происхождения (усадочная пористость и раковины).

3. Отливка не должна иметь острых углов и резких переходов от толстых стенок к тонким. Стенки, расположенные под углом друг к другу, а также стенки различной толщины должны сопрягаться плавными переходами. Это создает условия для более равномерного охлаждения отливки, уменьшает остаточные напряжения, предотвращает коробление и трещины.

4.  Ребра жесткости необходимо располагать рассредоточение, чтобы не создавать тепловых узлов в местах их пересечения .

5. Бобышки, приливы, платики необходимо размещать так, чтобы модель удобно извлекалась из формы. Нстехнологичное расположение этих элементов модели приводит к необходимости использования отъемных частей на модели или стержней в форме. Определить необходимость изменения конструкции отливки позволяет метод световых лучей, при котором отливку как бы освещают параллельными лучами света в направлении, перпендикулярном плоскости разъема.

6. Конструкция отливки должна быть такой, чтобы количество стержней в форме было минимальным. Это упрощает изготовление и сборку формы .

7. Сложные по конфигурации крупные отливки целесообразно разделять на части, отливать их раздельно, а затем соединять сваркой.

8. Конструкция отливки должна обеспечивать удобство обрубки отливки, отливка не должна иметь глубоких поднутрений, карманов.

9. При конструировании отливок должен быть применен принцип направленного или одновременного затвердевания отливки. Выбор такого принципа определяется техническими требованиями к детали. Направленное затвердевание способствует получению качественных плотных отливок без усадочных дефектов; применяют этот принцип на массивных отливках из сплавов с повышенной усадкой. Для выполнения принципа направленного затвердевания толщина стенки отливки должна плавно увеличиваться снизу вверх.

26. Термическую обработку применяют для снятия внутренних напряжений в отливках, выравнивания, измельчения и изменения их структуры в целях повышения прочности, пластичности, твердости, их эксплуатационной надежности.

Виды термической обработки отливок:

Отжиг применяют для снятия внутренних литейных напряжений, повышения пластичности, уменьшения твердости, изменения структуры.

Нормализация отличается от отжига более высокой температурой нагрева и большей скоростью охлаждения. Этот вид термической обработки широко используют для измельчения структуры и повышения прочности и твердости.

Закалка характеризуется нагревом сплавов выше температуры фазовых превращений и быстрым охлаждением в воде, масле или в других жидкостях. При этом в сплавах фиксируются неравновесные структуры, повышающие механические свойства сплавов.

Отпуск — это процесс длительной выдержки отливок при комнатной (естественное старение) или повышенной (искусственное старение) температуре с целью приближения их к равновесному состоянию