ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2. Структура машиностроительного производства. 3. Важнейшие технологические процессы заготовительного производства в… 4. Важнейшие технологические процессы обрабатывающего производства в машиностроении: обработка металлов резанием,…

1.

Машиностроение занимает ведущее положение среди дру­гих хозяйственных комплексов. Это обусловлено тем, что ос­новные производственные процессы во всех отраслях промыш­ленности, строительства и сельском хозяйстве выполняют раз­нообразные машины. Поэтому первостепенная роль в техничес­ком перевооружении всего общественного производства нашей страны, повышении его технического уровня, улучшении ка­чественных показателей всех сфер деятельности принадлежит машиностроению.

Машиностроение является технической основой функцио­нирования и развития общественного производства. Только в результате насыщения всех отраслей народного хозяйства вы­сокопроизводительными машинами, внедрения комплексной механизации и автоматизации производства можно добиться такого повышения производительности труда и расширения выпуска различной продукции, чтобы были удовлетворены ма­териальные и культурные потребности общества. От степени со­вершенства деталей машин зависит качество машины в целом, а именно качество будет определять конкурентоспособность продукции машиностроения в XXI в.

Основными направлениями научно-технологического про­гресса в машиностроении являются:

• техническое совершенствование и обновление конструк­ций машин в условиях непрерывно возрастающих и усложняю­щихся требований;

• повышение в экономически оправданных пределах еди­ничных мощностей машин и оборудования;

• уменьшение затрат на производство машин в расчете на единицу производительности;

• снижение удельной металлоемкости и энергопотребления машин и оборудования;

• повышение надежности машин, аппаратов, технологичес­ких блоков и целых производственных систем;

• применение новейших технологических процессов обработки, основанных на физических и физико-химических явлениях;

• комплексная механизация и автоматизация технологических процессов и оборудования;

• использование прогрессивных конструкционных материалов;

• реализация прогрессивных организационных и технико-экономических решений, повышающих эффективность ис­пользования достижений науки и техники.

2.

Производственный процесс изготовления машин представля­ет собой совокупность технологических и экономических про­цессов, в результате которых исходные материалы, полуфабри­каты преобразуются в заготовки с последующей их обработкой с целью получения готовых изделий — деталей машин. Из сбороч­ных единиц и деталей машин путем сборки получают конечную продукцию машиностроения — средства производства.

Процесс изготовления машин на машиностроительном предприятии подразделяется на основное, вспомогательное и обслуживающее производство.

Основное производство включает технологические процессы преобразования исходных материалов, полуфабрикатов и ком­плектующих в готовую продукцию — средства производства.

Данные процессы основаны, как правило, на механических, тепловых и в меньшей степени — химических воздействиях на предмет труда. К ним относят процессы получения заготовок методами обработки металлов давлением, литья, сварки, рез­ки, сортового проката, механической и термической обработки деталей машин, сборки машин, их отделки, окраски, нанесе­ния покрытий и т.д.

Вспомогательное производство обеспечивает нормальное функционирование основного производства. Это изготовление различных видов технологической оснастки, приспособлении, режущего, штампового и измерительного инструментов; ре­монт оборудования; эксплуатация подъемно-транспортного оборудования, компрессорных станций; энергетическая и другие службы машиностроительного предприятия.

Обслуживающее производство включает внутризаводское (межцеховое) транспортирование материалов, полуфабрикатов, деталей, сборочных единиц и других изделий; складские опера­ции, технический контроль, учет продукции и другие службы. В свою очередь, основное производство в машиностроении состоит из трех основных этапов: заготовительного, обрабатывающего и сборочного (рис.1).

Заготовительное производство в машиностроении включа­ет технологические процессы преобразования исходных мате­риалов в заготовки деталей машин. Основными технологическими процессами заготовительно­го производства в машиностроении являются обработка метал­лов давлением, литье, сварка. В результате осуществления технологических процессов заготовительного производства из исходного сырья получают за­готовки деталей машин.

Обрабатывающее производство главным образом включает технологические процессы обработки материалов резанием, термическую и химико-термическую обработку деталей ма­шин, а также специальную обработку и нанесение защитных покрытий (гальваническое производство).

В результате осуществления технологических процессов обрабатывающего производства из заготовок получают готовые детали машин с требуемыми формой, точностью размеров, ше­роховатостью и другими физико-механическими характерис­тиками и показателями качества.

Сборочное производство является заключительным этапом изготовления машин. Технологический процесс сборки связан с образованием разъемных и неразъемных соединений состав­ных частей машины. При этом из готовых деталей собираются узлы, из которых в свою очередь по заранее определенной схеме получают готовое сложно-техническое изделие — машину.

3.

Важнейшими технологическими процессами заготовитель­ного производства в машиностроении являются обработка ме­таллов давлением и литейное производство. Основным исход­ным сырьем машиностроительного производства являются ме­таллы и сплавы на их основе.

Металлами называются непрозрачные кристаллические вещества, обладающие такими характерными свойствами, как прочность, пластичность, электропроводность, теплопроводность, блеск. Металлы традиционно подразделяются на две большие группы: черные (железо и сплавы на его основе – сталь и чугун, а иногда также марганец и хром и цветные) и цветные (все остальные металлы и сплавы на их основе, среди которых наибольшее применение в машиностроении нашли алюминий, медь, титан, никель).

Основной задачей технологических процессов заготовитель­ного производства является получение заготовок, приближен­ных по форме и размерам к готовым деталям.

3 а

Обработка материалов давлением является одним из наи­более распространенных и прогрессивных способов обработки, так как по сравнению с другими методами она обеспечивает меньшие потери металла, высокую производительность, отно­сительно малую трудоемкость, увеличение прочности металла, широкие возможности механизации и автоматизации техноло­гических процессов. Заготовки, получаемые обработкой давле­нием, имеют минимальные припуски на механическую обра­ботку, а иногда и не требуют такой обработки.

Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств металлов, определяющих их способность необратимо менять свою форму без разрушения под действием внешних сил или внутренних напряжений. При обработке металлов давлением изменение формы заготовки происходит за счет перераспределения металла в самой заготовке. Это резко снижает отходы металла и позволяет свести к минимуму припуски на механическую обработку. Само давление изменяет не только форму заготовки, но благотворно действует на обрабатываемый материал, на его структуру и физико-химические свойства, делая его более прочным. Под действием внешних сил металл деформируется, при этом необходимо различать упругую и пластическую деформации. Упругойназывают деформацию, при которой деформируемый металл полностью восстанавливает свои размеры и форму после снятия внешних сил. Если после снятия внешних сил деформируемый металл не восстанавливает свои размеры и формы, то такую деформацию называют пластической или остаточной. Пластичность– способность твердого тела сохранять целостность без видимых нарушений в процессе деформирования.

Природная пластичность различных материалов неодинакова и зависит в первую очередь от их структуры и химического состава. Одни ма­териалы обладают высокой пластичностью в холодном состоянии и могут изменять свою форму без предварительного нагрева. Другие для повышения пластичности нагревают и подвергают пластической деформации в горячем состоянии. Исходя из этого, различают холодную и горячую обработку материалов давлением.

К основным способам обработки металлов давлением относятся:

1. прокатка – такой вид обработки давлением, при котором обжатие металла производится двумя вращающимися валками прокатного станка. Важнейшим преимуществом прокатки является то, что наряду с формоизменением заготовки сплаву придают уникальные прочностные свойства (рельсы, профили для рессор и пружин, колес, деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и т.п.)

2. волочение – процесс протягивания металла через отверстие, сечение которого меньше, чем сечение исходной заготовки (проволока, калиброванные прутки и трубы). Металлоизделия, изготовленные волочением, применяют в электротехнической и радиотехнической, приборостроительной и машиностроительной промышленности, ювелирных и художественных изделий, бытовой техники и т.д.

3. прессование – заключается в выдавливании металла в горячем состоянии из замкнутого объема через отверстие инструмента (матрицу). Используется для получения прутиков, профилей и труб.

4. свободная ковка – процесс горячей обработки металлов давлением, в ходе которого имеет место свободное течение металла в стороны. Исходный материал: слитки, прокат различных профилей и прессованный металл. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой. Применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Недостатки ковки: полученные изделия имеют невысокую точность, невысокая производительность.

5. штамповка – процесс деформации металла в горячем или холодном состоянии, в ходе которого течение металла ограничено стенками рабочей поверхности специального инструмента – штампа.

а) объемная штамповка — исходными материалами служат прутки или штучные заготовки;

б) листовая штамповка является передовым методом обработки металлов давлением. Исходным материалом для нее служат листы, ленты, полосы.

Применение штамповки оправдано экономически в условиях массового и крупносерийного производства.

Б

Другим широко используемым методом получения заготовок в машиностроении является литье.

Литейное производство изготавливает достаточно большой ассортимент различных заготовок из черных и цветных металлов и сплавов. Характерной особенностью способа получения заготовок литьем является техническая и экономическая целесообразность его применения при индивидуальном, серийном, и массовом производстве, причем масса отливок может лежать в широком диапазоне. Нет такой отрасли общественного производства, где бы ни применялись отливки. Это самый древний способ формообразования.

Для получения качественной отливки металл должен иметь свойства: жидкотекучесть, усадку сплавов, газопоглащение, ликвацию (неоднородность химического состава и структуры металла).

Сущность способа литья заготовок заключается в том, что приготовленный по специальной технологии расплав металла определенного состава разливают в литейные формы, где он, застывая, приобретает соответствующие размеры и форму. В зависимости от вида литейной формы разливают литье в разовые и постоянные (многоразовые) формы.

Наибольшее количество отливок (до 60%) получают литьем в песчано-глинистые формы, так как этот метод является универсальным применительно к литейным материалам, типу производства, к массе и габаритам отливок. Этим способом отливают: станины и корпуса машин, шкивы, диски, кольца, секции отопительных радиаторов, головки и блоки цилиндров двигателей, люки и плиты, зубчатые колеса и т.д.

Многоразовые формы изготавливают из металлических сплавов (чугун, сталь, алюминиевые сплавы и т.д.), гипса, глины, графита, керамических и металлокерамических материалов, бетона. Метод литья в многоразовые формы не может быть применен в индивидуальном и мелкосерийном производстве, поскольку изготовление постоянной литейной формы – дорогостоящий процесс по сравнению с производством песчаной формы. Преимущества этого метода: возможность автоматизации и механизации всех процессов, повышение точности размеров и уменьшение шероховатости поверхности, повышение производительности труда и улучшение условий труда рабочих мест. Недостатки: высокая стоимость изготовления форм, быстрое охлаждение затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, низкая газопроницаемость. Литье в металлические формы получило название литье в кокиль.

Процесс литья состоит из следующих стадий: изготовление литейной оснастки, приготовление формовочных смесей, изготовление литейных форм, расплавление металла и заливка литейных форм, охлаждение и выбивка из форм, контроль качества отливок.

К специальным методам литья относятся:

1. центробежное литье – расплавленный металл заливают во вращающуюся металлическую форму, где он затвердевает под действием центробежных сил. Преимущества: минимальные припуски на механическую обработку, минимальный брак, высокая производительность, простота проведения процесса. Недостатки: большая стоимость установки для центробежного литья, ограниченность номенклатуры отливок.

2. литье под давлением - для получения точных фасонных отливок, особенно из цветных металлов. Сущность процесса в подаче расплавленного металла в металлическую форму под избыточным давлением. Преимущества: высокая производительность, возможность полной автоматизации, возможность получения сложных тонкостенных отливок с чистой и гладкой поверхностью.

Недостатки: ограниченный срок службы, опасность появления трещин в отливках, большая трудоемкость получения отливок со сложными профилями.

3. литье по выплавляемым моделям – модель изготавливают из такого материала (технический воск), который без разрушения формы можно выплавить или растворить и получить неразъемную форму, что обеспечивает высокую герметическую точность отливок. Преимущества: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке, получение высокоточных отливок, возможность получения узлов машин. Недостатки: сложность и высокая трудоемкость технологического процесса, высокая стоимость отливок.

Все специальные методы литья обеспечивают получение отливок по форме и размерам близких по форме и размерам готовых изделий, т.е. очень низкий расход металла при механической обработке. В структуре себестоимости литья основную долю затрат составляют затраты на металл (до80%).

4.

Важнейшими технологическими процессами обрабатывающего производства в машиностроении являются обработка металлов резанием, термическая и химико-термическая обработка, а также окраска и нанесение защитных покрытий.

Процесс обработки материалов резанием получил большое распространение во всех отраслях производства для формоизменения и придания соответствующих размеров заготовкам из различных материалов: дерева, природного камня, металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамических материалов. Сущность процесса заключается в том, что с помощью режущего инструмента с заготовки удаляют в определенных местах так называемый припуск, последовательно приближая ее форму и размеры к требуемым, превращая ее в готовое изделие. Обработку резаньем можно производить вручную и с помощью станков.

Преимуществом обработки материалов резанием является возможность получения геометрической формы точных размеров с низкой шероховатость поверхности при различном типе производства. Резанием обрабатывают различные материалы, свойства которых лежат в широком диапазоне: это пластичные и хрупкие материалы, металлические и неметаллические, природные и искусственные, твердые и мягкие. Главное назначение обработки резанием – получение взаимозаменяемых деталей. Для этого необходимо изготавливать детали требуемой точности. Под точностьюизготовления деталей понимается степень соответствия ее всем требованиям рабочего чертежа и стандартам. Для нормирования точности изготовления изделий установлены степени точности квалитеты. Квалитет–это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для номинальных размеров. В соответствии с действующим стандартом установлено 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2, 3,...17. Самый точный -01, самый грубый -17-й квалитет.

Для измерения и контроля размеров применяют мерительный инструмент и приборы. Простейшими и наиболее часто применяемыми инструментами являются: линейка, угломер, штангенциркуль, микрометр, глубиномер, нутромер, предназначенный для измерения внутренних размеров.

Одним из показателей качества обработанной поверхности является шероховатость поверхности– это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности детали или заготовки в пределах определенного участка.

Взаимозаменяемость– свойство независимо изготовленных деталей занимать свое место в сборочной единице без дополнительной слесарной обработки при сборке.

Для снятия слоя металла с заготовки необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительное движение. Оно обеспечивается механизмами металлорежущих станков, в которых устанавливаются и закрепляются режущий инструмент и заготовка. Для осуществления обработки резанием необходимо сочетание двух видов движения: главного движения резания, которое определяет объем отделения стружки и движения подачи, которое обеспечивает врезание режущей кромки (лезвия инструмента) в новые слои металла.

Основными методами обработки резанием являются:

1. точение– при точении стружку снимают резцом. Обрабатываемое изделие вращается, а резец движется вдоль него. Так обрабатываются цилиндрические поверхности и поверхности сложных тел вращения.

2. сверление - при сверлении получают круглые отверстия разного диаметра, при этом процессе используют сверло.

3. строгание – осуществляется на строгательных станках; обрабатывают вертикальные, горизонтальные и наклонные плоскости, а также различные пазы и канавки.

4. фрезерование – процесс снятия стружки инструментом, имеющим много режущих кромок – фрезой. Фреза– инструмент очень сложной формы с зубцами, им обрабатывают плоские поверхности, отверстия, наружные цилиндрические поверхности.

5. протягивание – при протягивании употребляют инструмент (протяжка), у которого кромки расположены ступенями таким образом, что вся обработка совершается за один подход инструмента. Особенность этой обработки – очень чистая поверхность и точность размера. Используется для обработки круглых поверхностей.

6. шлифование – инструментом служат абразивные круги, вращающиеся с большой скоростью. Шлифование– отделочная операция. Форма абразивных кругов может быть плоская, коническая, тарельчатая.

Качество и производительность обработки материалов резанием во многом зависят от применяемого инструмента, материала конструкции режущей кромки резца, фрезы, сверла.

Обработка резанием – дорогой и трудоемкий вид обработки, сопровождается значительными потерями металла, который превращается в стружку.

Наиболее прогрессивным в настоящее время является стремление при литье и обработке давлением получать такую точность размеров изделия, такую чистоту поверхности, чтобы исключить обработку резанием.

При любом способе обработки процесс резания характеризуется элементами режима резания: скоростью главного движения резания, подачей, глубиной, поперечным сечением среза.

Качество и себестоимость продукции определяется выбором режимов резания. Себестоимость продукции оценивается трудоемкостью единицы продукции.

Свойства конструкционных материалов, используемых в машиностроении, зависят главным образом от их состава и структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру материалов, а, следовательно, и их свойства при неизменном химическом составе, является термическая обработка.

Технологический процесс термической обработки представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения материалов.

На результат термической обработки (требуемые свойства материалов) оказывают влияние следующие факторы9режимы обработки):

· время (скорость) нагрева;

· температура нагрева;

· время (продолжительность) выдержки при требуемой температуре;

· время (скорость) охлаждения.

В зависимости от режимов термической обработки различают следующие ее разновидности.

Отжиг – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и очень медленном охлаждении.

Нормализация – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и охлаждении на воздухе.

Отпуск – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и очень быстром охлаждении в специальных закалочных средах (вода, водные растворы солей и т.д.)

Для изменения структуры, химического состава, а значит, и свойств поверхностных слоев деталей применяется химико-термическая обработка,сочетающая термическое и химическое воздействие.

Технологический процесс химико-термической обработки основан на явлении диффузии, т.е. проникновении в поверхностные слои материала атомов различных элементов, образующих с этими поверхностными слоями химические соединения или растворяющихся в них.

Основные виды химико-термической обработки.

Цементация – насыщение поверхности стальных деталей углеродом, цель – повышение твердости и прочности поверхностного слоя при сохранении пластичной сердцевины.

Азотирование – диффузионное насыщение поверхности стальной заготовки азотом, цель – повышение твердости, износо- и коррозийной стойкости поверхностного слоя.

Цианирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом одновременно.

Диффузионная металлизация – насыщение поверхности стальных деталей металлами и другими элементами (алюминием, хромом, кремнием, бором и др.), цель – упрочнение поверхностного слоя, повышение его износо- и коррозийной стойкости, придание ему особых физико-химических свойств.

5.

Сборочное производство является заключительным этапом изготовления машин в машиностроении.

Любая машина представляет собой совокупность согласованных звеньев (механизмов), осуществляющих целесообразные движения для преобразования энергии или выполнения полезной работы.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие классы машин:

· технологические (рабочие или машины-орудия : металлорежущие станки, литейное оборудование, с/х машины и т.д.);

· энергетические, предназначенные для преобразования энергии. Энергетические машины подразделяются на машины-двигатели, которые преобразуют энергию любого вида в механическую (электродвигатели, турбины, двигатели внутреннего сгорания) и машины-преобразователи, которые трансформируют механическую энергию в энергию любого вида (электрогенераторы, компрессоры, насосы и др.).

· транспортные (автомобили, самолеты и др.) и транспортирующие (конвейеры, элеваторы, подъемники и др.);

· информационные, предназначенные для получения, переработки и использования информации (ЭВМ, шифровальные машины и др.).

Технологический процесс сборки характеризуется последовательным соединением и фиксацией всех деталей, составляющих ту или иную машину, и состоит из ряда отдельных операций. Последовательность сборочных операций определяется, прежде всего, конструктивными особенностями машины, а также типом производства.

В сборочном производстве выделяют следующие основные виды сборки:

· сборка по принципу индивидуальной пригонки;

· сборка по принципу ограниченной взаимозаменяемости;

· сборка по принципу полной взаимозаменяемости.

В сборочном производстве различают две организационные формы сборки: стационарную (при которой готовое изделие полностью собирают на одном месте) и подвижную (когда собираемое изделие последовательно перемещается по рабочим местам, на каждом из которых выполняется определенная сборочная операция).

Изделиемназывают любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Различают следующие виды изделий: деталь, узел, сборочная единица, комплекс и комплект. Изделия в зависимости от назначения делятся на изделия основного и вспомогательного производства. Изделия основного производства предназначаются для поставки (реализации) другим предприятиям или в систему торговли, изделия вспомогательного производства (например, резцы, различные приспособления) – для собственных нужд предприятия. В зависимости от степени сложности изделия делятся на группы:

1. неспецифизированные, не имеющие составных частей (детали);

2. специфицированные, включающие две и более составные части (сборочные единицы, комплексы, комплекты);

Деталь– это изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и др.) и сложными ( коленчатый вал, станина станка и др.)

Узел– представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, соединенных между собой сборочными операциями и имеющих общее функциональное назначение (муфта, редуктор и др.)

Сборочная единица– изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (свинчиванием, сваркой и т.д.)

Комплекс– это два или более специфицированных изделия, не соединенных между собой и предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Комплект– набор несоединенных изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (например, комплект запасных частей).

При сборке основным видом работ является осуществление различных соединений. К разъемным соединениям относят такие, которые могут быть полностью разобраны без повреждения составляющих их частей и крепежных деталей (используются винты, шурупы, болты, гайки). Остальные соединения относят к неразъемным. К важнейшим технологическим процессам получения неразъемных соединений относится; сварка (термическая, электродуговая, газовая, лазерная, термомеханическая); пайка; клепка, склеивание.

Оборудование сборочных цехов можно условно разделить на три группы:

· основное (технологическое) – непосредственно для выполнения работ по осуществлению различных сопряжений деталей;

· вспомогательное – для механизации вспомогательных работ;

· дополнительное – для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда работников.

 

 

Рисунок – Технологическая структура производственного процесса на предприятии машиностроения