Лекция № 1. Краткая технология изготовления изделий из металла

Для того чтобы изготовить любое изделие необходимо разработать технологический процесс (ТП), подробно разработать технологические операции и переходы. При разработке ТП необходимо использовать требования государственных стандартов группы «Т» «Общетехнические и организационно-методические стандарты». В эту группу входят стандарты, регламентирующие общетехнические и метрологические требования, термины, обозначения, единицы измерения, показатели качества, надежности и долговечности продукции, ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП и др.

Существенное влияние на уровень механизации и автоматизации технологических процессов оказывает тип производства.

Тип производства – это классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты, номенклатуры регулярности, стабильности и объема выпуска изделия.

Порядок разработки ТП изделия по разработанной конструкторской документации, т.е. по согласованному и утвержденному чертежу:

1. Необходимо выбрать заготовку и методы ее получения.

Заготовка - предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу.

Заготовки получают следующими методами: литьем, ковкой, штамповкой, прокаткой и сваркой.

Отливки выполняются из чугуна, стали, цветных металлов, сплавов следующими методами литья:

-в землю, по деревянным моделям при ручной формовке (единичное и мелкосерийное производство);

-в землю (песочные формы) по металлическим моделям при машинной формовке (серийное и крупносерийное производство);

-в постоянные формы (кокиль) (серийное и мелкосерийное производство) для получения фасонных отливок несложной конфигурации без тонких стенок);

-под давлением (крупносерийное и мелкосерийное производство для получения высокоточных заготовок из цветных металлов и их сплавов, массой до 25кг);

-центробежное (во вращающиеся формы) (средне- и мелкосерийное производство для получения заготовок тел вращения типа втулок, колец, стаканов и др.);

-в оболочковые формы (мелкосерийное производство для получения фасонных ответственных заготовок с высокой точностью и шероховатостью поверхности);

-точное (по выплавляемым моделям) (крупносерийное и мелкосерийное производство для получения разнообразных заготовок сложной конфигурации, массой до 50кг и высокой точности при этом в заготовке могут быть получены отверстия диаметром до 2мм);

-штамповкой жидкого металла (крупносерийное и мелкосерийное производство для получения из деформируемых и литейных цветных сплавов фасонных заготовок, имеющих глубокие полости и тонкие сечения, массой до 100кг).

Поковки выполняются из стали и цветных металлов высокой вязкости свободной ковкой на молотах. Применяется для получения заготовок простой конфигурации, массой от 0,15 кг до 250 тонн (единичное и мелкосерийное производство).

Штамповки выполняются из стали и цветных металлов высокой вязкости, холодным и горячим методом.

Холодная штамповка применяется в среднесерийном и мелкосерийном производстве для получения из листового металла (материала) точных заготовок типа корпусы, фланцы, прокладки, ложки и др., требующих незначительной механической обработки.

Горячая штамповка применяется для получения разнообразных заготовок в крупносерийном и мелкосерийном производстве и выполняется следующими способами:

-штамповкой в открытых штампах одноручьевых и многоручьевых (облойная) мелких и средних заготовок различной конфигурации;

-штамповкой в закрытых штампах (безоблойная) заготовок имеющих форму тел вращения или близких к ним;

-штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) заготовок типа стержней с утолщением и глухой полостью массой от 0,1 до 100кг.

Прокат. Этим методом изготавливают изделия из стали или вязких цветных металлов. Ассортимент изготавливаемых изделий этим методом подразделяется на следующие виды, которые регламентированы государственными стандартами:

-круглый ГК нормальной и повышенной точности, ГОСТ 2590-71;

-круглый калиброванный, ГОСТ 7417-75;

-круглый периодической формы, ГОСТ 8509-72, ГОСТ 8510-72;

-фасонный: квадратный, шестигранный, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78;

-трубы: ГК, ХТ, ХК, электросварные, фасонные, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8639-68, ГОСТ 8645-68 и др.

Сварные заготовки применяются во всех типах производства для изготовления неразъемных сборочных единиц с большими перепадами размеров отдельных поверхностей, а также деталей, состоящих из различных марок материала.

Выбор заготовки для определенной детали зависит от ее материала, размеров формы и типа производства.

Каждый материал обладает определенными свойствами, которые являются основным фактором при выборе метода (способа) получения заготовки. Так заготовки для деталей из чугуна, силумина, бронзы могут быть получены только литьем.

Форма и размеры детали оказывают решающее влияние на выбор метода получения заготовки. С повышением сложности формы могут быть выбраны только одна, или несколько видов заготовок. Если деталь имеет большие перепады размеров, то ограничиваются методы получения заготовок. От типа производства зависит точность заготовок.

В зависимости от указанных факторов для одной и той же детали заготовка может быть получена несколькими методами или одним методом, но различных классов точности – необходимо выбрать наиболее выгодную заготовку путем экономического обоснования.

После выбора метода получения заготовки необходимо определить ее размеры и припуски на выполнение последующих операций механической обработки, если она подлежит обработке.

Затем определяется масса заготовки.

Масса заготовок несложной формы определяется произведением ее объема «V» в (см3) на плотность материала « » в (г/см3).

, г( кг)

Массу заготовок сложной формы, проще рассчитать как сумму масс готовой детали «Мq» по чертежу и суммы припусков по расчету «Мп»

г(кг)

Если массу заготовок невозможно определить вышеуказанными способами, ее определяют взвешиванием, для этого одновременно взвешивается «n» количество заготовок и полученный результат (вес) делят на «n» и определяется средняя масса заготовки (Мз.ср).

г(кг)

На следующем этапе выбора заготовки определяется стоимость заготовки, за вычетом стоимости отходов, может быть установлена по заводским данным или рассчитана, исходя из прейскурантных цен на принятый вид заготовки и отходы.

, руб.

Определение стоимости заготовки производится по проектному и заводскому вариантам или нескольким проектным, затем полученные результаты экономически обосновываются, и выбирается наиболее выгодный вариант.

После выбора заготовки разрабатывается маршрутно-технологический процесс изготовления детали.

В качестве примера рассмотрим технологию изготовления столовой ложки.

Исходные данные:

1.Материал – сталь листовая нержавеющая.

2.Чертеж детали с техническими требованиями.

3.Годовая программа выпуска – 1000000шт.

Маршрут обработки (примерный)

1.Раскрой листа на полосы –гильотинные ножницы.

2. Вырубка плоской заготовки ложки – Пресс + штамп.

3. Удаление заусенец – Галтовочный барабан

4. Формообразование ложки –Пресс + штамп.

Далее рассмотрим два варианта выполнения отделочной операции (5 и 5.1.)

5.(Базовый вариант). Зачистка, шлифовка и полировка – шлифовальные и войлочные круги, пасты для полировки – ручная обработка по 1шт. – t_о=20мин.

5.1.(Предлагаемый вариант). Вибрационная обработка в 4 перехода: с одновременной обработкой минимум 50 ложек.

- черновая зачистка (обработка) одновременно всех поверхностей

– t_n =60мин. t_шт = = 1,2 мин.

- получистовая – t_n =50 мин. t_шт 1,0 мин.

- чистовая – t_n =50мин. t_шт =1,0 мин.

- полирование – t_n =30мин. t_шт =0,6мин.

– t_n.общ =190 мин. t_шт.об =3,8 мин.

6. Контроль.

7. Упаковка.

8. Транспортирование.

Произведем экономическое обоснование вариантов 5 и 5.1.

Для этой цели необходимо определить для каждого сравниваемого варианта ТП или операции технологическую себестоимость обработки и рассчитать экономический эффект от внедрения новой технологии.

, руб.

где: С₁ и С₂ – технологическая себестоимость по вариантам

К₁ и К₂ – удельные капитальные затраты на единицу продукции по

вариантам.

Е – нормативный коэффициент экономической эффективности,

принимаем Е=0,2.

В технологическую себестоимость входят (включаются) следующие затраты:

-заработная плата станочников с учетом отчисления в соцстрах;

-затраты на амортизацию, текущий ремонт и содержание оборудования;

-затраты на электроэнергию;

-заработная плата наладчика;

-затраты на приспособления;

-затраты на инструменты.

Расчет технологической себестоимости

Исходные данные и элементы технологической себестоимости	1-й вариант	2-й вариант
I. Исходные данные
Штучное время, мин	20,0	3,8
2. Основное технологическое время, мин	15,0	3,0
3. Часовая тарифная ставка станочника, руб.	50,0	50,0
4. Мощность оборудования, кВт	1,5	3,0
5 Капитальные затраты, руб.	30000,0	190000,0
Итого капитальных затрат, руб.	30000,0	190000,0
Удельные капитальные затраты, руб.	0,03	0,19
II. Элементы технологической себестоимости, руб.
Заработная плата станочника	20,0	3,8
Амортизация, ремонт и содержание оборудования	62,27	74,92
Расходы на электроэнергию	0,28	0,11
Итого технологическая себестоимость:	82,55	78,83

Расчет экономического эффекта

Э = [(82,55 + 0,2 * 0,03) – (78,83 + 0,2 * 0,19)] * 1000000 =

= (82,556 –78,868) *1000000 = 3688000 руб.

Расчет срока окупаемости нового оборудования

года

Вывод: 2-й вариант обработки (предлагаемый техпроцесс) экономически выгоднее 1-го (базового техпроцесса).

Контрольные вопросы.

1. Назовите состав технологического процесса (ТП) и цель его разработки?

2.Какой документ является основным при разработке ТП?

3.Что такое тип производства?

4.Что такое заготовка?

5.Какими методами получают заготовки?

6.Назовите методы литья заготовок и рекомендуемый тип производства их применения?

7.Назовите методы ковки и штамповки заготовок и условия их применения?

8.Назовите основные виды проката и документы регламентирующие их?

9.Какие факторы необходимо учитывать при выборе заготовки?

10.Что определяется после метода получения заготовки?

11.Как определяется масса простой заготовки?

12.Как определяется масса сложной заготовки?

13.Как определяется масса сложной заготовки, которую невозможно определить расчетным способом?

14.Как и по каким вариантам производится расчет стоимости заготовок?

15.Какие задачи решаются на этапе экономического обоснования базового и предлагаемого (или не менее двух предлагаемых) вариантов техпроцесса изготовления детали или заготовки?

Лекция № 2. Коррозия металлов и изделий изготовленных из них

Все металлы (М) и металлические изделия (МИ) наряду с ценными свойствами обладают существенным недостатком, они способны входить в контакт с внешней средой (О₂, Н₂О и др.), вследствие чего, резко ухудшаются их механические свойства т.к. на их поверхности появляется коррозия (ржавчина).

Коррозия - разрушение металлов под действием окружающей среды.

В природе существуют следующие виды коррозии М и МИ:

-химическая;

-электрохимическая;

-атмосферная.

Химическая коррозия протекает при воздействии на металлы и металлические изделия газов (газовая коррозия) и неэлектролитов (нефть и ее производные). При химической коррозии происходит самопроизвольное разрушение металлов вследствие воздействия внешней среды (т.е. они вступают в химическое взаимодействие).

Наиболее распространена газовая коррозия при высоких температурах (газовые нагревательные приборы, котлы, печи и т.д., двигатели внутреннего сгорания, керосиновые нагревательные приборы и др.).

Механизм электрохимической коррозии сводится к следующему.

Например, если поместить в электролит (влажный воздух, водные растворы кислот, солей, щелочей и т.д.) два соприкасающихся неоднородных металла то образуется гальванический элемент. При этом металл, который легче, выполняет функции анода (он отдает свои электроны), а более тяжелый является катодом.

В процессе работы гальванического элемента анод разрушается.

Микрогальванические элементы возникают также между различными фазами (участками) сплавов и даже в чистых металлах, где роль анода играют границы зерен. Чем больше отдельные фазы (участки) металла отличаются своими электрохимическими потенциалами, тем быстрее происходит коррозийное разрушение металла.

К основным видам электрохимической коррозии относятся:

-в однородных металлах коррозия протекает равномерно, примерно с одинаковой скоростью, по всей поверхности металла.

-в неоднородных металлах коррозия носит локальный характер, т.е. охватывает некоторые участки поверхности, такую коррозию подразделяют на: точечную;

пятнистую; с язвами (интеркристаллитная коррозия).

Очаги точечной и пятнистой коррозии являются концентраторами напряжений.

Наиболее опасна интеркристаллитная коррозия, распространяющаяся по границам зерен вследствие более низкого их электролитического потенциала. Эта коррозия протекает без заметных внешних признаков, быстро развивается по границам зерен, вглубь, резко снижая при этом механические свойства металла, сталь, пораженная интеркристаллитной коррозией, теряет металлический звук и при изгибе в местах коррозийного разрушения металла на границах зерен проявляются надрывы, трещины.

Атмосферная коррозия металлов (на открытом воздухе) совмещает особенности химической и электрохимической коррозии. Кроме атмосферной коррозии еще есть почвенная коррозия и коррозия в морской воде.

Способы защиты металлов от коррозии

Одним из путей снижения коррозийного разрушения металлов и металлических изделий является использование в конструкции металлических изделий сталей и сплавов, которые обладают высокой коррозийной стойкостью (вводятся, в сплавы стали - хром, алюминий, кремний и др. легирующие металлы). Использование пластмассы, защитных покрытий существенно повышает эксплуатационное качество и надежность изделий.

Наряду с этими путями защиты изделий от коррозии является покрытие поверхностей другими металлами: (алюминий – алитирование, цинк – цинкование, никель – никелирование и др.)

Существует три вида нанесения защитных покрытий (органические, неорганические и комбинированные), которые также являются защитно-декоративными, т.к. они одновременно улучшают внешний вид изделий.

Органические защитные покрытия – лаки, краски и др.

Неорганические защитные покрытия – подразделяются на металлические и неметаллические (металлические – олово, цинк, хром, никель и др.). (неметаллические – силикатная эмаль, оксидные и др.).

Комбинированные защитные покрытия – сочетание органических и неорганических способов.

Способы и технология нанесения защитных покрытий

В настоящее время для нанесения защитных покрытий осуществляется двумя основными способами (химическим или гальваническим).

Химическое (контактное) нанесение металлических покрытий – процесс, представляет значительный технологический интерес, так как в отличии от гальванического способа нанесения покрытий он протекает без пропускания электрического тока через ванну с химическим составом (раствором) и деталями для покрытия. Этим способом можно наносить металлические покрытия и на поверхности неметаллических деталей и изделий.

Вместе с тем возможности химического нанесения металлических покрытий по ассортименту наносимых металлов и сплавов ограничены, а свойства получаемых осадков иногда ниже свойств осадков, полученных гальваническим путем (способом).

К настоящему времени наиболее проверены практически составы и условия химического осаждения меди, никеля, серебра и др. на металлы и пластмассы.

Этим способом производится:

-меднение;

-никелирование;

-лужение (оловянирование);

-покрытие драгоценными металлами (серебрение, золочение и платинирование);

-покрытие сплавами.

Гальванический (электрохимический) способ нанесение металлических покрытий – один из наиболее широко применяемых технологических процессов, который охватывает практически все используемые в промышленности виды покрытий.

В настоящее время используются следующие составы электролитов для нанесения защитных и декоративных покрытий поверхностей деталей и изделий:

- для меднения (кислые электролиты, цианистые электролиты и различные электролиты);

- для никелирования (простые электролиты, электролиты блестящего никелирования, борфтористые и сульфатные электролиты, осаждение сплавов никеля и покрытие «черным никелем»);

- осаждения кобальта и его сплавов;

- для железнения (осталивания) и покрытия сплавами железа;

- для покрытия тугоплавкими металлами;

- для хромирования;

- для цинкования;

- для кадмирования;

- для латунирования;

- для покрытия оловом и его сплавами;

- для покрытия свинцом и его сплавами;

- для покрытия благородными металлами (серебро, золото, платина и металлы, входящие в ее группу);

- для покрытия сурьмой, индием и его сплавами;

- для покрытия различными сплавами;

- для покрытия композитными сплавами.