3068

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

В. У. Мнацаканян, В. В. Морозов, А. Г. Схиртладзе, В. А.Тимирязев

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Учебник В двух частях Часть 2

Под редакцией доктора технических наук профессора В.А. Тимирязева

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениюподготовки«Конструкторско-технологическоеобеспечение машиностроительных производств»

Владимир 2011 1

УДК 621.77 ББК 34.5

О-75

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Автоматизация производства и проектирования в машиностроении» МГОУ

П.М. Кузнецов

Доктор технических наук, профессор, зав. кафедой «Технология газонефтяного машиностроения» РГУ им. И.М. Губкина

О.А. Новиков

Печатается по решению редакционного совета Владимирского государственного университета

Основы технологии машиностроительного производства: О-75 учеб. для машиностроительных вузов. В 2 ч. Ч. 2 / В.У. Мнацаканян [и др.]; Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд-во Владим. гос.

ун-та, 2011. – 364 с.

ISBN 978-5-9984-0096-4 (Ч. 2) ISBN 973-5-9984-0091-9

Изложены теоретические основы технологии машиностроения – параметры точности деталей и качества машин, вопросы базирования, методы выявления и расчета размерных связей в машинах и технологических процессах. Приведены примеры расчета размерных цепей с использованием пяти методов достижения точности замыкающего звена. Особое внимание уделено вопросам повышения точности и производительности обработки на станках путем использования адаптивных систем управления технологическими процессами.

Предназначен для студентов машиностроительных вузов, проходящих обучение науровнебакалавров, магистровнаукидипломированныхинженеровпонаправлению «Технология, оборудованиеиавтоматизациямашиностроительныхпроизводств».

Табл. 44. Ил. 155. Библиогр.: 35 назв.

2

3

12.1.Исходныеданныеипоследовательностьразработки технологического процесса изготовления машины.. 238

12.2.Основыразработкитехнологическогопроцесса

4

Предисловие

Эффективное развитие хозяйственной деятельности страны во многом определяется техническим прогрессом машиностроения. Увеличениевыпускапродукциимашиностроенияиповышениееекачества осуществляются преимущественно за счет интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки, техники и применения прогрессивных технологий.

Техническийпрогрессвмашиностроениихарактеризуетсянетолько улучшением конструкций машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства.

Актуальной задачей является повышение качества выпускаемых машин и, в первую очередь, их точности. Важно изготовить машину качественно, экономичноивзаданныесрокисминимальнымизатратами труда. Обеспечение заданной точности – ответственная задача конструкторов, аеетехнологическоеобеспечениевпроцессеизготовления машин – основная задача технологов.

В данном учебнике с единых научных позиций изложены основы разработкитехнологических процессов изготовления деталей и сборки машин.

Рассмотрены способы изготовления заготовок, получаемых литьем, обработкой давлением, сваркой методом порошковой металлургии, а также вопросы нормирования точности заготовок.

Изложены технологические процессы изготовления типовых дета-

5

лей машин – валов, зубчатых колес, корпусов, а также основные методы обработки поверхностей деталей машин и достигаемые при этом параметры точности.

Рассмотрены основные технико-экономические показатели изготовления машин и показаны пути их улучшения. Проанализированы вопросы организации механосборочного производства и возможные пути повышения его эффективности.

Учебникнаписанколлективомавторов, представляющихтехнологическиешколытрехведущихтехническихуниверситетовРоссии– МГТУ «Станкин», Владимирского государственного университета и Московского горного университета.

Учебник предназначен для студентов машиностроительных вузов, обучающихся по направлениям: «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»; «Автоматизация и управление» и специальностям «Технология машиностроения»; «Металлорежущие станки и инструменты»; «Автоматизация технологических процессов и производств», а также другим техническим специальностям. Изложенный в книге материал может быть использован также инженерно-техническими работниками заводов, проектных организаций и институтов при выполнении работ по технологическому проектированию, автоматизации и управлению технологическими процессами в машиностроении.

6

Глава 8. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Выбирают заготовку и способ ее получения путем анализа и комплексной оценки конструктивных, технологических, экономических и организационных факторов. При выборе способа получения заготовки учитывают геометрическую форму, габариты и вес изготавливаемой детали, вид материала и его технологические свойства, а также программу выпуска изделий. В действующем производстве учитывают также возможности заготовительных цехов, плановые сроки подготовки и организации производства.

С целью уменьшения расходов на материал, снижения трудоемкости и затрат на механообработку необходимо стремиться к тому, чтобы заготовка по своей форме и размерам наиболее близко соответствовала геометрическим параметрам готовой детали. Однако применение наиболее производительных, совершенных способов получения точных заготовок связано со значительными затратами на специальное оборудование и приспособления, целесообразность которых становится оправданной при крупносерийном и массовом производстве. Поэтому, например, вединичномимелкосерийномпроизводствевкачествезаготовок для зубчатых колес используют круглый прокат, который предварительнопоштучноразрезают. Вмассовомжепроизводствезаготовкой является объемная штамповка с прошитым базовым отверстием. Однако для получения такой заготовки требуется приобретение штамповочного пресса и изготовление дорогостоящего специального штампа под конкретную деталь.

Приизготовлениикорпусныхдеталейизчугунавкачествезаготовок в основном применяют отливки, для получения которых требуются литейный цех и первоначальные затратына модельный комплект. В случае единичного производства возможно применение сварных заготовок, получаемыхизлистовойсталист3, ст5 путемразрезкилистовтолщиной5, 10 и 12 мм на определенные прямоугольники, бобышки, косынки, которые затем сваривают в единый корпус. Такие заготовки имеют меньший

7

вес и меньшие припуски под механообработку, при этом стоимость их изготовления ниже. Однако конструктивно сварные заготовки обладают меньшейжесткостью, склонныквибрациямикороблению. Всеэтифакторы необходимо учитывать при выборе заготовки.

Производительность заготовительных процессов в большинстве случаев на порядок выше производительности техпроцессов механической обработки. При этом возможно получение заготовок сложной геометрии. Таким образом, перенос большей части процесса формообразования детали на заготовительное производство, на стадию получения точных заготовок, позволяет значительно снизить расход материала и затраты на механическую обработку. Однако все это требует технико-экономических обоснований для каждого конкретного случая с учетом программы выпуска деталей, расхода материала, затрат на получение заготовки и ее механообработку.

В машиностроении для различных деталей машин применяют в основном следующие виды заготовок:

1)заготовки-отливки;

2)сварные заготовки;

3)заготовки, получаемые путем обработки металла давлением, например поковки, получаемые свободной ковкой, штамповки, изделия прокатного производства, а также изделия, получаемые выдавливанием, протягиванием и прессованием;

4)заготовки, получаемые методом порошковой металлургии;

5)заготовки, получаемые комбинированными методами, – штампосварные и листосварные, – в которых сварка служит для соединения отдельных частей заготовки, которые предварительно были получены литьем, штамповкой или резкой листового проката.

8.1. Способы получения отливок

Литьеявляетсяоднимизнаиболеераспространенныхспособовполучения заготовок и деталей машин различных конфигураций, размеров и масс с использованием различных металлов и сплавов – чугуна, стали, сплавов меди, алюминия, магния и др. Литье относительно простой и дешевый способ, а для ряда деталей, в том числе деталей больших размеров, является единственным способом получения заготовок.

Литье в разовые песчано-глинистые формы обеспечивает получе-

ние большей части чугунных и стальных отливок (80 % от общей мас-

8

сы). При этом масса отливок может составлять от десятков граммов до сотен тонн. Точность размеров отливок невысокая (14 – 17 квалитет), шероховатость поверхности Rz 320…80 мкм. Для таких заготовок характерны большие припуски под механообработку.

Литейный процесс включает выполнение ряда операций:

•изготовление модельного комплекта;

•приготовление формовочных и стержневых смесей;

•изготовление стержней, формовку по моделям полуформ;

•сборку литейных форм и соединение опок;

•заливку расплавленного металла и охлаждение отливки в форме;

•извлечение отливки из одноразовой формы после остывания металла;

•обрубку литниковой системы и очистку полученной отливки. Модели, применяемыедляформовки, могутбытьдеревяннымиили

металлическими, а сама формовка может выполняться вручную или на машинах – прессующих, встряхивающих.

Для получения более точных отливок с меньшими припусками на механическую обработку, более высоким классом шероховатости поверхностей и лучшей структурой металла применяют специальные способы литья – литье в постоянные металлические формы (кокили), центробежноелитье, литьеподдавлением, литьеповыплавляемыммоделям, литье в оболочковые формы и др.

Литье в постоянные металлические формы (кокили) применяют в крупносерийном производстве для получения отливок из чугуна, сталиицветныхсплавов. Массаотливокдостигает200 кг, точностьразмеров по 12 – 14 квалитету, шероховатость поверхности – Rz 40…10 мкм.

Кокиль – литейная форма многократного пользования, которая допускает получение до 5000 отливок из чугуна или порядка 700 отливок из стали. Кокили изготовляют из чугуна и стали цельными или разъемными по горизонтальной или вертикальной плоскостям.

Технология литья в кокиль включает очистку кокиля, нанесение на внутреннюю полость огнеупорной обмазки для исключения поверхностной закалки стали и отбеливания чугуна, установку стержней, нагрев кокиля до 200 – 300 °С, соединение полуформ и заливку расплавленногометалла. Литьевкокиливыполняютнаспециальныходноили многопозиционных литейных машинах, что значительно повышает производительность литейной операции.

9

Центробежное литье применяют для получения заготовок тел вращения с центральным отверстием – толстостенных труб, втулок, колец, а также фасонных деталей из чугуна, стали и цветных сплавов. Центробежное литье применяют также для заливки бабитом вкладышей подшипников, получения бандажированных колес и других двуслойных деталей.

Этот процесс выполняют на машинах для центробежного литья, которые обеспечивают высокую производительность, не требуют изготовления стержней и затрат на формовочные смеси. Расплавленный металл заливают во вращающуюся форму, где он под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, охлаждается и затвердевает. При этом обеспечивается высокое качество отливок, получение плотной структуры металла без усадочных раковин. В результате сокращаются потери от брака и улучшаются условия труда.

Литье под давлением применяют для получения точных тонкостенных отливок средних и малых размеров из цветных сплавов – цинковых, алюминиевых, медных, магниевых. Массаотливокотнесколькихграммов до 50 кг, точность размеров высокая (8 – 12 квалитет), шероховатость поверхности Rz 20…10 мкм, а в отдельных случаях Rа 1,25…0,63 мкм. Наименьшаятолщинастенокотливкисоставляет1...2 мм.

Расплавленный металл под давлением поршня заполняет прессформу, а затем после затвердевания металла форму раскрывают и извлекают полученную отливку. Литейная пресс-форма из углеродистой или легированной стали делается разъемной. Она состоит из подвижной и неподвижной частей, образующих замкнутую полость отливки, которая при необходимости может дополнительно подогреваться. Давление прессования составляет 35…98 МПа, в результате заполнение пресс-формы происходит при скорости до 120 м/c за несколько секунд.

Литьевоболочковыеформыприменяютдляполученияточныхфасонных отливок из чугуна, стали, алюминиевых, медных и цинковых сплавов в крупносерийном производстве. Масса отливок может достигать 300 кг, а точность размеров 0,2 – 0,4 мм на 100 мм длины и шероховатость поверхности Rz 40…20 мкм.

Заливку металла осуществляют в оболочковые формы, которые укладывают в опоку, связывают общей литниковой системой и засыпают песком.

Оболочковые формы толщиной 6…10 мм получают из смеси квар-

10