Технология машностроения

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристики машиностроительного производства, единичное производство, особенности. (5)

 

По назначению выпускаемой продукции машиностроительное производство можно разделить на основное и вспомогательное.

Основное производство занимается выпуском товарной продукции, а вспомогательное — производством средств, необходимых для обеспечения функционирования основного производства.

Частью вспомогательного производства является инструментальное производство, предназначенное для выпуска технологической оснастки. 
По степени разработки технической документации различают опытное и установившееся производство.

Опытное производство — это производство образцов партий или серий изделий для проведения исследовательских работ или разработки конструкторской и технологической документации для установившегося производства.

Установившееся  производство — производство изделий по окончательно отработанной конструкторской и технологической документации.

Групповые технологические  процессы применяются в групповом производстве, характеризуемом совместным изготовлением или ремонтом групп изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

Объем выпуска  продукции — это количество изделий  определенных наименований, типоразмеров и исполнений, изготовляемых или ремонтируемых предприятием или его подразделениями в течение планируемого периода времени.

Программа выпуска  — установленный для данного  предприятия перечень изготовляемых  или ремонтируемых изделий с  указанием объема выпуска по каждому наименованию за планируемый период времени.

Производственная  партия включает предметы труда одного наименования и типоразмера, запускаемые  в обработку в течение определенного  интервала времени при одном  и том же подготовительно-заключительном времени на операцию.

Производственный  цикл составляет интервал времени от начала до окончания производственного  процесса изготовления или ремонта  изделия. 
Расчетный максимально возможный в определенных условиях объем выпуска изделий в единицу времени называется производственной мощностью.

Серия изделий  — все изделия, изготовленные  по конструкторской и технологической  документации без изменения ее обозначения.

Под типом производства понимают комплексную характеристику особенностей организации и технического уровня промышленного производства. На тип организации производства оказывают влияние ряд факторов: уровень специализации, масштаб производства, сложность и устойчивость изготовляемой номенклатуры изделий, обусловленной размерами и повторяемостью выпуска. Различают три основных типа производства: единичное, серийное, массовое.

Единичное производство предусматривает штучный выпуск изделий разнообразной и непостоянной номенклатуры ограниченного потребления. Это например, Новокраматорский машиностроительный, Уральский завод тяжелого машиностроения, выпускающие блюминги, прокатные станы и другое оборудование.

Важнейшие особенности  этого типа производства1:

  • Многономенклатурность выпускаемой продукции, зачастую неповторяющейся;
  • Организация рабочих мест по технологической специализации;
  • Отсутствие возможности закрепления постоянной номенклатуры деталей, узлов и агрегатов, сборочных и масштабных операций за рабочими;
  • Использование универсального оборудования и технологической оснастки;
  • Наличие большого объема ручных сборочных и доводочных операций;
  • Преимущественная численность высококвалифицированных рабочих-универсалов, занятых в производственном процессе;
  • Большая длительность производственного цикла;
  • Значительная величина незавершенного производства;
  • Децентрализация оперативно-производственного планирования и руководства производством;
  • Нецелесообразность автоматизации процессов контроля качества изделий;
  • Невозможность использования статистических методов в управлении качеством продукции;
  • Относительно большие затраты живого труда.

Разновидностью  единичного производства является индивидуальное производство, например, изготовление космических объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Массовое  и серийное производство, особенности. (6)

 

Серийное производство предусматривает одновременное изготовление сериями широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в течение продолжительного времени.

Под серией понимается выпуск ряда конструктивно одинаковых изделий, запускаемых в производство партиями, одновременно или последовательно, непрерывно в течение планового периода.

Основные особенности  организации серийного производственного  процесса2:

  • Постоянство относительно большой номенклатуры повторяющейся продукции, изготовляемой в значительных количествах;
  • Специализация рабочих мест для выполнения нескольких закрепленных операций;
  • Периодичность изготовления изделий сериями, обработка деталей партиями;
  • Преобладание специального и специализированного оборудования и технологического оснащения;
  • Наличие незначительного объема ручных сборочных и доводочных операций;
  • Преимущественная численность рабочих средней квалификации;
  • Незначительная длительность производственного цикла;
  • Централизация оперативно-производственного планирования и руководства производством;
  • Автоматизация контроля качества изготовляемой продукции;
  • Применение статистических методов управления качеством продукции;
  • Унификация конструкций деталей и изделий;
  • Типизация технологических процессов и оснастки.

Примером серийного  выпуска продукции могут служить самолетостроительные и моторостроительные заводы.

В зависимости  от количества одновременно изготовляемых  изделий в серии различают  мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Разновидность серийного  производства принято различать  по значениям коэффициента закрепления

Кз = Мо/Соб,

Где Мо – общее  число операций, выполняемых в  данном цехе в месяц;

Соб – число  единиц оборудования, действующего в  цехе.

Принято считать, что цехи относятся к той или  иной разновидности серийного производства в зависимости от следующих значений коэффициента закрепления операций: к мелкосерийному – от 20 до 40; к среднесерийному – от 10 до 20; к крупносерийному – от 2 до 10.

Массовое производство характеризуется непрерывностью и относительно длительным периодом изготовления ограниченной номенклатуры однородной продукции в больших количествах. К предприятиям с массовым выпуском продукции, например, можно отнести заводы автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Массовое производство – высшая форма специализации производства, позволяющая сосредоточивать на предприятии выпуск одного или нескольких типоразмеров одноименных изделий. При этом типе организации производства различные изделия выпускаются одновременно и, как правило, непрерывно. Непременным условием массового производства является высокий уровень стандартизации и унификации при конструировании деталей, узлов и агрегатов.

Организации массового  производства присущи следующие  особенности:

  • Строго установленный выпуск небольшой номенклатуры изделий в огромном количестве;
  • Специализация рабочих мест для выполнения, как правило, одной закрепленной операции;
  • Расположение рабочих мест в порядке следования операций;
  • Большой удельный вес специального  и специализированного оборудования и технологического оснащения;
  • Высокий процент комплексно механизированных, автоматизированных технологических процессов;
  • Минимальное подготовительно-заключительное время на операции;
  • Резкое сокращение объема ручных сборочных и доводочных работ;
  • Высокая степень загрузки рабочих мест;
  • Применение труда рабочих невысокой квалификации, выполняющих закрепленную за каждым из них операцию;
  • Меньшая длительность производственного цикла по сравнению с серийным производством;
  • Централизация управления и планирования производства;
  • Непрерывная дистанционная диспетчеризация производства;
  • Внедрение автоматизированных систем управления предприятием (АСУП);
  • Высокий уровень автоматизации контроля качества изделий;
  • Широкое применение статистических методов управления качеством продукции3.

Тип производства оказывает весомое влияние на формирование структуры предприятия, на условия, требования и критерии рациональной организации производства.

При единичном  производстве в структуре предприятия, как правило, отсутствуют кузнечный  и литейный цехи, заготовительный участок, самостоятельные цехи по изготовлению нестандартного оборудования и технологического оснащения.

В серийном производстве, наоборот, почти всегда в структуре  предприятия имеются кузнечный и литейный цехи, цехи по изготовлению нестандартного оборудования, технологической оснастки, раскрою металла; лаборатории – измерительная, химическая, термическая, металловедения, централизованное планирование, диспетчерская служба и другие подразделения.

Массовому производству присущи широкая специализация  цехов основного и вспомогательного производств, обслуживающих хозяйств и служб. Детали, как правило, изготовляются из рациональных заготовок, производство которых ведется централизованно. Таким же способом осуществляется производство нестандартного оборудования и технологической оснастки. Поставляют их своим потребителям цехи, являющиеся самостоятельной структурной единицей. В состав подразделений предприятия входят самостоятельные службы главного конструктора, главного технолога, главного сварщика, главного металлурга, отделы стандартизации и унификации изделий, главного энергетика, главного механика и др.

Благоприятное влияние на жизнедеятельность коллектива оказывают такие подразделения, как спорткомплекс, дом культуры, учебный комбинат профилакторий, пансионат, дом отдыха, поликлиника.

 

 

 

 

 

 

3. Технология штамповки на КГШП, особенности, технико-экономические показатели. (17)

 

На КГШП штампуются поковки  сложной конфигурации массой до 100 кг. Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах КГШП изготовляют усилием 5-10 мм. Они успешно заменяют и во многих случаях по технологическим возможностям превосходят паровоздушные штамповочные молоты с массой подающих частей до 10 тонн. КГШП характерно то, что усилие, возникающее при штамповке, воспринимается массивной станиной. На станине пресса установлен электродвигатель. На его валу закреплён шкив, от которого крутящий момент через клиноременную передачу передаётся маховику, закреплённому на приёмном валу. На другом конце этого вала насажано малое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с большим зубчатым колесом со встроенной в него пневматической муфтой включения. Большое зубчатое колесо с муфтой расположено на коленчатом валу, который при вращении приводит в движение шатун с ползуном в направляющие стороны.

Для остановки вращения кривошипного вала после включения муфты служит тормоз. Стол пресса, установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клином и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штамповочного пространства. Для обеспечения удаления поковки из штампа пресса имеется выключатели в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх. Остановка моховика производится тормозом при включенном электродвигателе.

Постоянство величины хода ползуна, большая точность его  движения в мощных регулируемых направляющих станины пресса, применение штампов с направляющими колонками и выталкивателями для принудительного удаления поковок обеспечивает большую точность изготовления поковок, с меньшими штамповочными уклонами, припусками, допусками и расходом металла, чем при штамповке на молотах. Выталкиватели размещают в вертикальных отверстиях ручьевых вставок штампа. Во время штамповки рабочей поверхности выталкивателей составляют часть поверхности ручьёв. При обратном ходе ползуна специальный механизм в штампе, приводимый в действие от выталкивателя пресса, поднимает ручьевые выталкиватели, которые выбрасывают поковку из ручья.

Для исключения заклинивания и поломки пресса открытые штампы на

КГШП не смыкаются  на величину заусенца из-за отсутствия ударов служат больше молотовых. На КГШП используют штампы сборной конструкции с ручьевыми вставками, которые при износе заменяют. Наличие выталкивателей обеспечивает удобство штамповки в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой. При выдавливании заготовку устанавливают в полость штампа и осаживают в этой полости с одновременным истечением части металла за её пределы. КПД прессов примерно в 2 раза выше КПД молотов. Прессы совершают 35-90 ходов в мин, то есть примерно столько, сколько 4 эквивалентные им по мощности молоты. Штамповка на прессе в 1,5 – 3 раза производительней, чем на молоте, и её легче механизировать и автоматизировать.

Достоинства штамповки на КГШП:

  • Относительно высокая точность поковок. Припуски и допуски могут быть примерно на 30%, а штамповочные уклоны в 1,5-2 раза меньше, чем при штамповке на молотах.
  • Более высокая производительность – на 30-50% выше, чем на молотах. А с применением средств механизации и автоматизации – выше в 2-2,5 раза.
  • Безударный характер работы позволяет применять сборные штампы.
  • Более высокая надежность в эксплуатации.
  • Возможность применения малоквалифицированной рабочей силы (если при штамповке на молотах требуется штамповщик 5го-6го разряда, то при штамповке аналогичных поковок на КГШП 3го разряда).
  • Себестоимость поковок ниже, чем при штамповке на молотах.

Недостатки штамповки на КГШП:

  • Меньшая универсальность.
  • Невозможность значительного перераспределения металла вдоль оси заготовки.
  • Нет условий для выполнения операции подкатки и протяжки заготовки.
  • Большее количество ручьев.
  • Более сложная конструкция штампов.
  • Необходимость очистки заготовок от окалины.
  • Дороговизна пресса (дороже молота в 3-4 раза).

Кинематическая  схема кривошипного пресса: 1 — ползун; 2 — тормоз; 3 — маховик; 4 — клиноремённая передача; 5 — электродвигатель; 6 — передаточный вал; 7 — зубчатая передача; 8 — муфта; 9 — кривошипный вал; 10 — шатун; 11 — плита для укрепления матрицы штампа

 

 

 

 

 

 

4. Инструментальные материалы и их роль в процессе резания. (23)

 

История развития обработки металлов показывает, что  одним из эффективных путей повышения  производительности труда в машиностроении является применение новых инструментальных материалов. Например, применение быстрорежущей стали вместо углеродистой инструментальной, позволило увеличить скорость резания в 2 - 3 раза. Это потребовало существенно усовершенствовать конструкцию металлорежущих станков, прежде всего увеличить их быстроходность и мощность. Аналогичное явление наблюдалось также при использовании в качестве инструментального материала твердых сплавов.

Инструментальный  материал должен иметь высокую твердость, чтобы в течение длительного  времени срезать стружку. Значительное превышение твердости инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки должно сохраняться и при нагреве инструмента в процессе резания. Способность материала инструмента сохранять свою твердость при высокой температуре нагрева определяет его красностойкость (теплостойкость). Режущая часть инструмента должна обладать большой износостойкостью в условиях высоких давлений и температур.

Важным требованием  является также достаточно высокая  прочность инструментального материала, так как при недостаточной прочности происходит выкрашивание режущих кромок либо поломка инструмента, особенно при их небольших размерах.

Инструментальные  материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обрабатываться в процессе изготовления инструмента и его переточек, а также быть сравнительно дешевыми.

В настоящее  время для изготовления режущих  элементов инструментов применяются  инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие), твердые сплавы, минералокерамические материалы, алмазы и другие сверхтвердые и абразивные материалы.

Инструментальные стали.

Режущие инструменты, изготовленные из углеродистых инструментальных сталей У10А, У11А, У12А, У13А, обладают достаточной  твердостью, прочностью и износостойкостью при комнатной температуре, однако теплостойкость их невелика. При температуре 200-250 "С их твердость резко уменьшается. Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки мягких металлов с низкими скоростями резания, таких, как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и др4.

Инструменты из углеродистых инструментальных сталей плохо шлифуются из-за сильного нагревания, отпуска и потери твердости режущих  кромок.

С целью улучшения свойств углеродистых инструментальных сталей были разработаны низколегированные стали. Они обладают большей прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувствительностью к перегреву, чем углеродистые стали, и в то же время хорошо обрабатываются резанием и давлением. Применение низколегированных сталей уменьшает количество бракованных инструментов.

Легированные инструментальные стали непригодны для резания с повышенной скоростью, а также для обработки твердых материалов.

Низколегированные инструментальные стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости.

Стали неглубокой прокаливаемости, легированные хромом (0,2-0,7%), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (0,5-0,8%) используются при изготовлении инструментов типа ленточных пил и ножовочных полотен.

Характерной особенностью сталей глубокой прокаливаемости является более высокое содержание хрома (0,8-1,7 %), а также комплексное введение в относительно небольших количествах  таких легирующих элементов, как  хром, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, что существенно повышает прокаливаемость. В производстве инструментов из рассматриваемой группы наибольшее применение находят стали 9ХС и ХВГ. Сталь 9ХС используют для изготовления инструментов относительно больших размеров, а также для резьбонарезных инструментов, особенно круглых плашек с мелким шагом резьбы.

В настоящее  время для изготовления металлорежущих инструментов применяются, быстрорежущие  стали. В зависимости от назначения их можно разделить на две группы:

1) стали нормальной производительности;

2) стали повышенной производительности.

К сталям первой группы относятся Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6М5, к сталям второй группы – Р6М5ФЗ, Р12ФЗ, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5, Р9К5, Р9К10, Р9МЧК8, Р6М5К5 и др.

В обозначении  марок буква Р указывает, что  сталь относится к группе быстрорежущих. Цифра, следующая за ней, показывает среднее содержание вольфрама в процентах. Среднее содержание ванадия в стали в процентах обозначается цифрой, проставляемой за буквой Ф, кобальта - цифрой, следующей за буквой К.

С увеличением карбидной неоднородности прочность стали, снижается, при работе выкрашиваются режущие кромки инструмента, и снижается его стойкость.

Карбидная неоднородность выражена сильнее в сталях с повышенным содержанием вольфрама, ванадия, кобальта. В сталях с молибденом карбидная неоднородность проявляется в меньшей степени.

Вольфрамомолибденовые стали  рекомендуется применять в промышленности наряду с вольфрамовыми для изготовления инструмента, работающего в тяжелых  условиях, когда необходима повышенная износостойкость, пониженная карбидная неоднородность и высокая прочность.

Среди быстрорежущих сталей нормальной производительности доминирующее положение заняла сталь Р6М5. Ее применяют  для изготовления всех видов режущих  инструментов. Инструменты из стали  Р6М5 имеют стойкость, равную или до 20 % более высокую, чем стойкость инструментов из стали Р18.

Быстрорежущие стали повышенной производительности используются в  основном при обработке жаропрочных  сплавов, высокопрочных и нержавеющих  сталей, других труднообрабатываемых материалов и конструкционных сталей с повышенными режимами резания. В настоящее время применяются кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали.

По сравнению со сталями  нормальной производительности стали повышенной производительности обладают в основном более высокой износостойкостью, а стали, содержащие кобальт, более высокой красностойкостью и теплопроводностью. Быстрорежущие стали повышенной производительности шлифуются хуже стали Р18 и требуют более точного соблюдения температур нагрева при термической обработке.

Быстрорежущие стали повышенной производительности из-за технологичских, недостатков не являются сталями  универсального назначения. Они имеют  относительно узкие границы применения, более пригодны для инструментов, подвергаемых незначительному профильному шлифованию.

Основной маркой быстрорежущей  стали повышенной производительности является сталь Р6М5К5.

Перспективным способом получения  быстрорежущих сталей является метод  порошковой металлургии

 

 

Твердые сплавы.

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.

Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем  составе килограмм вольфрама, можно обработать в 5 раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольфрама.

Недостатком твердых  сплавов, по сравнению с быстрорежущей  сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением  содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными  твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят  скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Производство  металлокерамических твердых сплавов  относится к области порошковой металлургии.

В зависимости  от химического состава металлокерамические  твердые сплавы, применяемые для  производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.

К однокарбидным  сплавам группы ВК относятся сплавы: ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК155.

Рассматриваемые сплавы применяются для обработки  чугуна, цветных металлов и неметаллических  материалов. При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность.

Режущие свойства и качество твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот.

Для обозначения  мелкозернистой структуры в конце марки сплава ставится буква М, а для крупнозернистой структуры - буква К.

Для обработки  стальных заготовок применяют более  износостойкие твердые сплавы группы ТК.

Сплавы группы ТК (ТЗОК4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) состоят  из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содержание кобальта, а после буквы Т – процентное содержание карбидов титана. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру.

Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида  тантала, карбида вольфрама и  избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. К сплавам  группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей.

Сплав ТТ8К6 применяют  для чистовой и получистовой обработки  чугуна, для непрерывной обработки  с малыми сечениями среза стального  литья, высокопрочных нержавеющих  сталей, сплавов цветных металлов, некоторых марок титановых сплавов.

Все марки твердых  сплавов разбиты по международной  классификации (ИСО) на группы: К, М и  Р. Сплавы группы К предназначены  для обработки чугуна и цветных  металлов, дающих стружку надлома. Сплавы группы М – для труднообрабатываемых материалов, сплавы группы Р – для обработки сталей.

С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются  безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы. В настоящее время промышленностью освоены безвольфрамовые сплавы ТН-20, ТМ-3, КНТ-16 и др. Эти сплавы обладают высокой окалиностойкостью, низким коэффициентом трения, меньшим по сравнению с вольфрамсодержащими сплавами удельным весом, но имеют, как правило, более низкую прочность, склонность к разрушению при повышенных температурах.

Одним из путей  повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режущую часть инструмента тонких износостойких покрытий на основе нитрида титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия. Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показывают, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стойкости инструмента.

Минералокерамические материалы.

Минералокерамические  материалы для изготовления режущих  инструментов стали применять с 50-х годов. В СССР был создан минералокерамический материал марки ЦМ-332, состоящий в основном из оксида алюминия А12О3 с небольшой добавкой (0,5–1,0%) оксида магния МgО.6

Минералокерамические  материалы изготовляются в форме  пластинок и присоединяются к  корпусам инструментов механическим путем, приклеиванием или припаиванием.

Минералокерамика  ЦМ-332 обладает высокой твердостью, ее красностойкость достигает 1200°С. Однако она отличается низкой прочностью при изгибе (350-400 МН/м2) и большой  хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе.

Существенным  недостатком минералокерамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому изменению температуры. Вследствие этого даже при небольшом числе  перерывов в работе на контактных поверхностях инструмента появляются микротрещины, которые приводят к его разрушению даже при небольших усилиях резания. Это обстоятельство ограничивает практическое применение минералокерамического инструмента.

Технология машностроения