УПРАЖНЕНИЕ №3 ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ

УПРАЖНЕНИЕ №3
ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ
Цель работы: анализ условий работы заданной детали или
инструмента, выбор материала и технологических процессов
получения выбранного материала, изготовления заготовок и
деталей.
1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ДЕТАЛИ
Прежде всего нужно ознакомиться с чертежом детали или
инструмента, техническими условиями и особыми условиями,
если таковые приведены в задании. Далее необходимо уяснить
функции данной детали или инструмента, условия их работы.
Условия работы детали или инструмента определяются
величиной и характером механических нагрузок (постоянно
действующая статическая нагрузка, переменная статическая,
динамическая, контактные нагрузки), внешними условиями
(температура и рабочая среда).
2.ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
Оценив условия работы детали или инструмента, необходимо
сформулировать требования к свойствам материала, из которого
должны быть изготовлены деталь или инструмент. К таким
свойствам
относятся
твёрдость,
прочность,
вязкость,
сопротивление износу, коррозионная стойкость, теплостойкость
и т.п. Иногда выбор материала может быть продиктован
необходимостью минимальной массы детали, в этом случае
выбор падает на лёгкие сплавы на основе Cu и Al. Во всех
случаях следует выбирать наиболее дешёвый материал,
удовлетворяющий комплексу предъявляемых требований. Это
позволит
определить
группу
материалов,
обладающих
свойствами, близкими к требуемым (конструкционные стали,
сплавы цветных металлов и т.п.) Для этого нужно вспомнить
раздел курса, посвящённый конструкционным материалам,
ознакомиться с рекомендуемой учебной и справочной
литературой.
Надо помнить, что при выборе материала необходимо
учитывать и технологические свойства. Поэтому уже на этой
стадии нужно наметить наиболее эффективный процесс
изготовления детали или инструмента.
Вполне вероятно, что, выбрав материал, полностью
отвечающий условиям работы детали и позволяющий изготовить
её с применением наиболее эффективного (т.е. наиболее
энергоёмкого, трудоёмкого и безотходного) процесса, и более
внимательно изучив конструкция детали, Вы убедитесь, что её
невозможно изготовить должным способом из-за её
конструктивных
особенностей
(конструкция
детали
нетехнологична). Так, в рассмотренном выше примере
изготовления втулки (рис.3) из чугуна толщина её стенки,
указанная конструктором на чертеже, может оказаться слишком
малой, непозволяющей получить качественную отливку. В этом
случае придётся отливать заготовку с более толстой стенкой и
удалять значительный объём металла обработкой резанием, что
значительно увеличит трудоёмкость и стоимость детали. Здесь
мы вновь возвращаемся к тезису о неразрывной связи
конструкции, материала и технологии изготовления детали.
Итак, если Вы внимательно прочитали всё вышесказанное,
то придёте к выводу о том, что начинать надо с анализа
функционального назначения, требований к качеству детали (её
технологичности), что позволит правильно выбрать материал и
наметить технологический маршрут её изготовления.
3. КАК ПОЛУЧИТЬ ТРЕБУЕМЫЙ МАТЕРИАЛ?
Получение требуемого материала часто не входит в круг
задач, решаемых технологом машиностроительного предприятия
при проектировании технологического процесса изготовления
детали. Так, если для изготовления детали используется готовый
стальной прокат, то технология, естественно, не будет
разрабатывать режимы плавки, разливки, прокатки. Однако,
разрабатывая технологию изготовления детали, надо знать
предысторию материала. Так, прокат различного сечения из
одной и той же марки стали имеет разную структуру и свойства.
Многие высоколегированные стали в горячекатаном состоянии
имеют значительную структурную неоднородность, и для
получения качественной заготовки инструмента технологу
необходимо предусмотреть специальные приемы горячей
обработки (ковки) устраняющей эту неоднородность. Технолог
должен бать хорошо знаком с сортаментом проката, чтобы
выбрать наиболее экономичный профиль для получения
заготовки.
Кроме того, предложенное задание, как уже упоминалось,
ставит своей целью знания, полученные при изучении курса
ТПМП, и усвоить такие разделы, как производство чёрных и
цветных металлов, прокатное производство.
Поэтому в этой части мы предлагаем Вам кратко описать
процессы производства выбранного материала, привести схемы
металлургических агрегатов, процессов переработки слитков в
полуфабрикаты.
4. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТА
В этой части работы студенты должны дать краткое
описание предлагаемого варианта технологического процесса,
указать его параметры, сопроводив описание схемами процессов
обработки, эскизами применяемой оснастки.
На выбор технологического процесса существенное влияние
оказывает объём производства. Если речь идёт о холодной
высадке или штамповке, обработке на токарном автомате, то для
осуществления этих процессов требуются специализированное
оборудование и оснастка, и их целесообразно использовать лишь
в массовом производстве. Во многих случаях изготовить одну и
ту же деталь различными способами. Давайте посмотрим, как
можно получить заготовку для стальной втулки, изображенной на
рисунке 1.
Рис. 1. Втулка
Отвлечёмся пока от конкретных размеров, точности,
шероховатости поверхности детали и перечислим все возможные
способы получения заготовки необходимой формы.
Очевидно, что заготовка может быть получена различными
методами литья, ковкой, горячей и холодной штамповкой,
сваркой, разными методами трубной заготовки и фланца,
точением, прессованием из порошка. Если мы конкретизируем
марку материала, указав, например, что втулка может быть
изготовлена из высокоуглеродистой стали У12, то сварка этой
стали затруднительна из-за её плохой свариваемости, и этот
способ получения заготовки вряд ли целесообразен, а холодная
высадка втулки из этой стали может оказаться невозможной из-за
её недостаточной технологической пластичности (предельной
допустимой деформации).
Если мы укажем объём производства (массовое) то,
сравнивая ковку и горячую штамповку, мы отдадим
предпочтение последнему процессу, наоборот, при единичном
производстве изготовление специальной дорогостоящей оснастки
– явно нецелесообразно и следует предпочесть ковку.
Если вместо стальной будет предложено изготовить эту же
деталь из чугуна, наш выбор однозначно падает на процесс литья.
Как же в условиях многообразия технологических
процессов выбрать оптимальный? В самом общем виде условия
оптимальности
процесса
можно
сформулировать
так:
технологический процесс должен обеспечивать необходимое
количество изделия при минимальной её стоимости.
Качество продукции – это совокупность её свойств,
удовлетворяющих определённым потребностям в соответствии с
её назначением. Эти свойства отражаются в технической
документации на продукцию. Так чертёж детали (инструмента)
определяет форму, размеры, точность их выполнения,
шероховатость поверхности. Другие требования определяются
техническими условиями – нормативным техническим
документом, характеризующим показатели качества продукции.
Стоимость изделия определяется стоимостью материала,
трудоёмкость, энергоёмкостью процесса изготовления. На
стоимость изделия будут влиять и такие факторы, как стоимость
оборудования и оснастки, затраты на природоохранные
мероприятия при осуществлении выбранного технологического
процесса.
Итак, Вы видите, что чем глубже мы начинаем
анализировать процесс создания деталей, машин, инструментов,
тем шире становится круг вопросов, которые приходится решать
инженеру разработчику, причём решать комплексно. Для этого
необходимо участие специалистов различных направлений –
конструкторов, металлургов, технологов, экономистов, и Вам при
выполнении задания придётся выступать в нескольких качествах.
Естественно, от Вас не потребуется столь глубокой и детальной
проработки конструкции, технологических операций, техникоэкономического
обоснования,
которые
требуются
от
специалистов соответствующего профиля. В ходе Вашей
дальнейшей учёбы в соответствии с выбранной специальностью
Вы будут подробно изучать вопросы теории и технологии
различных процессов – литья, обработки давлением, сварки,
обработки резанием.
Но надеемся, Вы уже убедились, что нельзя вырвать какоето звено из процесса изготовления детали и рассматривать его
изолированно. Нельзя, например, грамотно спроектировать
процесс обработки резанием, не представляя себе специфики
заготовок, полученных различными методами. Необходимые
знания по широкому кругу вопросов машиностроительного
производства Вы приобретёте именно при изучении курса
“Технологические
процессы
машиностроительного
производства”, а выполнение предлагаемого задания позволит
Вам испробовать свои силы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Выполнение поставленной задачи состоит из нескольких
последовательно выполняемых студентами этапов.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
В ниже приведённых примерах мы сформулировали
некоторые вопросы, которые должны быть освещены в отчёте.
Систематизируя эту информацию, назовём разделы, которые
должны включать отчёт и коротко охарактеризуем содержание
этих разделов.
1. Анализ конструкции и условий работы детали или
инструмента.
В этом разделе можно привести чертёж детали и
технические условия, определить и описать функции,
выполняемые деталью или инструментом, условия эксплуатации,
т.е. характер и величину нагрузок, среду, температуру, и
сформулировать требования к свойствам материала, способного
обеспечить надёжную и долговечную работу изделия.
2. Выбор материала.
Сопоставьте свойства нескольких материалов, которые
могли бы удовлетворять предъявляемым требованиям. Обоснуйте
Ваш выбор, учитывая стоимость материала, возможность
изготовления из него изделия наиболее эффективным методом. В
этом разделе необходимо, пользуясь справочниками, ГОСТами и
другими источниками, указать химический состав и основные
свойства выбранного материала, в том числе и технологические
свойства.
3. Способ получения полуфабрикатов.
В этом разделе приведите описание технологии получения
выбранного материала, схемы металлургических агрегатов,
опишите технологию получения полуфабрикатов (слитков,
чушек, профилей и т.п.), сопроводив описание схемами
применяемых процессов. Отчёт должен иметь титульный лист,
список использованной литературы, оглавление, чертежи и
схемы следует выполнять с соблюдением ГОСТов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие нагрузки испытывает деталь, инструмент в процессе
эксплуатации?
2 . Какие факторы оказывают влияние на выбор материала
детали, инструмента?
3. Какими способами можно осуществить выплавку стали
углеродистой, легированной?
4. На каких агрегатах и как может быть получен чугун?
5. На каком оборудовании и как можно получить
полуфабрикаты: слитки, чушки, профили и т.д.?
ЛИТЕРАТУРА
1. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и
технология металлов. – М.: Высшая школа, 2000.
2. Дальский А.М., Гаврилюк В.С., Бухаркин Л.Н. и др.
Технология конструкционных материалов: Учебное пособие
для вузов./Под общнй ред. А.М. Дальского, 2-е изд., перераб.
и доп.М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.
3. Сорокин В.Г., Волосникова А.В. и др.Марочник сталей и
сплавов./Под
общей
ред.В.Г.
Сорокина.
–
М.:Машиностроение, 1989. – 642 с.
4. Современные материалы в автомобилестроении: Справочник.
– М.:Машиностроение, 1977. – 271 с.
5. Алфёров Т.К., Амиров Ю.Д., Волков П.Н. и др.
Технологичность конструкций изделий: Справочник/Под ред.
Ю.Д. Амирова. – М.: Машиностроение. 1990, - 768с.
6. Краткий справочник металлиста/Под об. ред. Н.П. Орлова,
Е.А. Скороходова. 3-е издание перераб. и дополн. – М.:
Машиностроение, 1989. – 960 с.
7. Механические свойства металлов, Получение отливок в
песчано-глинистых формах, Специальные методы литья:
Методические указания по проведению практических и
лабораторных работ. – М.:МГИУ.
8. Л.И. Наумова, О.А. Парфеновская, В.А. Пустовалов.
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для всех инженерных специальностей.Часть1.- М.: РИЦ
МГИУ. 2001. – 46 с.