Конспект лекций

1. Теоретические основы проектирования заготовок

1.1 Исходные данные для выбора заготовки

Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей, необходимых народному хозяйству. Это многообразие, с одной стороны, дает возможность существенно повысить эксплуатационные характеристики машин и механизмов за счет использования, а в некоторых случаях и улучшения свойства исходного материала, с другой - создает большие трудности при выборе рационального способа получения деталей. Особенно важно правильно выбрать вид заготовки, назначить наиболее рациональный технологический процесс ее изготовления.

Производство деталей машин машиностроительным предприятием осуществляется в результате выполнения производственного процесса, под которым понимают совокупность всех этапов, которые проходят исходные продукты на пути их превращения в готовую машину. Этапы производственного процесса, на протяжении которых происходят качественные изменения объекта производства, называются технологическими процессами. Являясь частями производственного процесса, технологические процессы различаются в зависимости от содержания, Например, различают технологические процессы получения заготовок, изготовления деталей, сборки, окраски машин, их механической, термической и других видов обработки, сборки отдельных частей машин и машины в целом.

Для того чтобы получить качественную деталь необходимо при построении и в ходе технологического процесса ее изготовления решить следующие две важные и сложные задачи.

1. Обеспечить требуемые свойства материала детали.

2. Обеспечить необходимую точность размеров, расстояний, относительных поворотов и формы поверхностей детали.

Решения этих задач пересекаются в осуществляемом технологическом процессе. Однако сложность их совместного рассмотрения вынуждает рассмотреть каждую в отдельности и в последовательности, указанной выше.

Выбор материала детали производится в процессе конструирования детали. При выборе материала учитывается полное знание свойств различных материалов и требований, предъявляемых к ним условиями работы и изготовления данной детали. В машиностроении применяют стали, чугуны, сплавы цветных металлов, металлокерамические и неметаллические материалы. Состав и свойства (в состоянии поставки) применяемых материалов регламентированы Государственными стандартами (ГОСТ). Свойства, приобретаемые материалами в результате термической, химико-термической и механической обработки, приведены в справочных пособиях. Без удовлетворения некоторых требований невозможна нормальная работа машины, поэтому их рассматривают в качестве основных критериев работоспособности.

Материал детали выбирает конструктор, исходя из ее служебного назначения. При выборе материала устанавливают соответствие его механических, физических, химических и технологических функциям, которые надлежит исполнять детали и условиям ее работы.

К механическим свойствам материала относят совокупность свойств, определяющих сопротивление конструкционных материалов воздействию внешних нагрузок, которые могут прилагаться к изделию различными способами. К механическим свойствам материала относятся: ударная вязкость; временное coпротивление при растяжении и сжатии, предел текучести, твердость, относительное удлинение, структуру остаточных напряжений.

К физическим свойствам относят удельный вес, плотность, модуль объемного сжатия, модуль Юнга, температуру плавления и кристаллизации, теплопроводность, коэффициент линейного расширения, электрическое сопротивление и пр.

Химические свойства материала, прежде всего определяются его коррозионной стойкостью. Технологические свойства материала (вставляют обрабатываемость резанием и давлением, свариваемость, упрочняемость и т.д.

Технологические свойства - часть общих, присущих данному материалу физико-химических свойств, знание которых позволяет наиболее обоснованно проектировать и вести технологический процесс и получать изделия с наилучшими потенциально - возможными для данного материала служебными (рабочими) свойствами. К таким свойствам конструкционных материалов относятся литейные, пластичность и деформируемость, свариваемость, паяемость, упрочняемость и обрабатываемость резанием.

Требования к свойствам материала детали должны быть заданы системой номинальных значений показателей свойств и допусками, ограничивающими отклонения показателей от их номинальных значений.

Заготовка - предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу. Заготовка перед первой технологической операцией называется исходной заготовкой. Выбор заготовки заключается в установлении метода ее изготовления, расчете или выборе припусков на обработку резанием и определении размеров исходной заготовки.

Метод изготовления заготовки определяется формой и размерами детали, технологическими свойствами материала, его температурой плавления, структурной характеристикой (направление волокон и размеры зерна). При выборе заготовки учитываются сортамент материала (прокат), имеющееся оборудование, производственная программа, тип производства, степень его механизации и автоматизации. Оптимальный вариант изготовления заготовки устанавливается на основании технико-экономических расчетов. Повышение точности заготовок (уменьшение припусков) позволяет экономить металл, снижать стоимость и трудоемкость обработки резанием, но при этом может возрасти стоимость изготовления исходных заготовок. При малой производственной программе применение некоторых технологических процессов изготовления заготовки (горячая штамповка и др.) может оказаться экономически нецелесообразным в связи с высокой стоимостью технологического оборудования и оснастки.

Прежде всего устанавливают способ изготовления заготовки.

Заготовки из серого или ковкого чугуна изготовляют в виде отливок.

Стальные заготовки изготовляют из горячекатаного проката различных размеров и профиля либо из холоднотянутой стали. Для получения заготовок используются также ковка, штамповка или литье.

Заготовки из цветных металлов и сплавов изготовляют из проката, отливают или штампуют.

Заготовки в виде отливок применяют для деталей сложной формы. Сварные заготовки используют при невозможности или экономической нецелесообразности изготовления цельных.

К чертежу готовой детали присоединяют общие припуски на все поверхности, в результате чего получают исходную заготовку до выполнения обработки резанием.

Графический метод построения общего припуска дает ясное представление о его составляющих элементах - операционных припусках и допусках.

Значение операционного допуска принимают с учетом экономической точности используемого метода обработки на данной операции. Окончательные размеры заготовки устанавливают с учетом общих припусков и допусков на изготовление заготовки, на которой предусматривают необходимые радиусные переходы, формовочные уклоны и т. д. Размеры округляют с необходимой степенью точности, желательно с учетом использования рядов нормальных размеров.

При проектировании отливок должны быть уточнены способ формовки, расположение разъема формы, литников, выпоров. Для штамповок необходимо уточнить место разъема штампа, расположение облоя и его размеры.

Проектирование заготовок выполняют в следующей последовательности:

• определяют вид исходной заготовки (прокат, штамповка, отливка);

• назначают режимы термической обработки заготовки;

• разрабатывают технологический маршрут обработки резанием заготовки;

• определяют (рассчитывают) операционные и общий припуски на все обрабатываемые поверхности;

• на чертеже детали вычерчивают общие припуски на обработку каждой поверхности;

• назначают предварительные размеры заготовки и допуски па них;

• корректируют размеры заготовки с учетом метода ее изготовления и ряда номинальных размеров; устанавливают напуски, формовочные уклоны, радиусы, технологические приливы и т. д.;

• оценивают технологичность конструкции заготовки и в случае необходимости вносят соответствующие коррективы по ее повышению.