Заготовкой в машиностроении называется полуфабрикат, предназначенный для получения готовой детали.

Необходимость экономии материальных ресурсов предъявляет высокие требования к рациональному выбору заготовки. При выборе способа получения заготовок необходим комплексный анализ технико-экономической эффективности рассматриваемых вариантов, при сравнении которых необходимо выбрать такой метод получения заготовки, который обеспечивает снижение трудоемкости обработки и материалоемкости при соблюдении технических требований к качественным характеристикам изделия.

Одной из главных тенденций технического прогресса в заготовительном производстве является решение задач максимального приближения геометрических форм и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали.

Основными факторами, влияющими на выбор способа получения заготовки, являются: тип производства, конструктивные особенности детали (масса, размер, конфигурация, требуемое качество поверхности и точность), материал, из которого сделана деталь, технологические возможности оборудования.

Влияние типа производства. Для мелкосерийного и единичного производства характерно использование в качестве заготовок горячекатаного проката, отливок, полученных литьем в разовые песчано-глинистые формы, и поковок, полученных свободной ковкой. Использование других видов заготовок экономически невыгодно из-за возможной высокой их себестоимости.

В случае единичного и мелкосерийного производства оснастка, необходимая для получения одной заготовки, не может использоваться для получения другой, поэтому дополнительные затраты на оснастку оказываются больше экономии, достигаемой от сокращения объема последующей механической обработки.

В условиях же крупносерийного и массового производства затраты на специальное оборудование и технологическую оснастку окупаются за счет снижения трудоемкости последующей механической обработки, т.к. заготовка по форме и размерам приближается к готовой детали.

Поэтому в условиях крупносерийного и массового производства рентабельны такие способы получения заготовок, как горячая объемная штамповка, литье в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям.

Влияние конструктивных особенностей деталей. Удельная стоимость отливки и поковок повышается с уменьшением их массы. Указанная закономерность является общей для всех способов получения как заготовок, так и готовых деталей, так как трудоемкость формообразования определяется общей площадью поверхностей, подлежащих обработке.

При выборе способа получения заготовки определенную роль играют размеры детали, например, для литья по выплавляемым моделям и литья под давлением размеры отливки ограничены техническими возможностями литейного оборудования.

Специальные виды штамповки позволяют получать заготовки, параметры шероховатости поверхности и точность размеров которых соответствуют достигаемым при механической обработке. Большинство специальных методов литья также не требуют дополнительной механической обработки.

Влияние материала, из которого изготовлена деталь. Материал, из которого изготовлена деталь, также оказывает влияние на метод получения заготовки. При этом определяющее значение приобретают его технологические свойства: ковкость, литейные свойства, обрабатываемость давлением, свариваемость и др.

Если материал обладает низкими литейными качествами, то целесообразнее использовать в качестве заготовки прокат или поковки. В случае, когда деталь должна быть изготовлена из труднодеформируемого высокопрочного сплава, использование в качестве заготовки поковки значительно повышает трудоемкость и себестоимость изготовления.

Необходимо отметить, что технико-экономический анализ проводится при выборе заготовки в процессе подготовки к выпуску каждой конкретной детали в реальных условиях производства. Только в этом случае выбранный вариант получения заготовки может быть оценен как оптимальный. При этом способ получения заготовок не должен рассматриваться в отрыве от технологии последующей механической обработки.

После анализа исходной информации, связанной с типом производства, конструктивными особенностями детали, материалом детали и технологическими возможностями оборудования, осуществляется предварительный выбор заготовки (как правило, несколько альтернативных вариантов). Вычислив массу и размер заготовки, рассчитывают нормы расхода материала на заготовку и стоимость получения заготовки, что является необходимой информацией для определения рационального типа заготовки. Сопоставляя полученные данные с информацией о технологии последующей механической обработки, осуществляют окончательный выбор типа заготовки, соответствующий в наибольшей степени конкретным условиям.

Оптимальная заготовка по своим размерам и массе должна максимально приближаться к готовой детали, характеризоваться минимальными нормами расхода материала и стоимостью получения.

Чтобы определить эти параметры, необходима информация о размерах и массе заготовки. О степени приближения заготовки к готовой детали можно судить по ее размерам. Размеры заготовки зависят от величины припуска на последующую механическую обработку. В общем случае, чем совершеннее технология получения заготовки, тем меньше величина припуска для последующей обработки.

Припуском называется слой металла, снимаемый с поверхности заготовки в процессе обработки для обеспечения формы и размера, заданных на чертеже.

Припуски подразделяются на общие, т.е. удаляемые в процессе всей обработки детали, и межоперационные, т.е. удаляемые при выполнении отдельных операций. Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных допусков по всем технологическим операциям. От правильного расчета и выбора припуска зависит себестоимость обработки и качества поверхности детали.

Завышение припуска увеличивает трудоемкость обработки, что приводит к увеличению станочного парка, к перерасходу электроэнергии, металлорежущих инструментов, к увеличению расходов на обслуживание и ремонт оборудования. Однако слишком заниженные припуски не обеспечивают возможности удаления дефектных слоев металла, включающих выпуклости, вмятины, окалину, раковины, трещины, погрешности формы и размеров и др. Глубина дефектного слоя зависит от способа изготовления заготовок.

Наряду с перечисленными отклонениями в процессе обработки возникают погрешности установки, которые должны быть также компенсированы путем соответствующего увеличения припуска.

Максимально необходимая величина припуска должна обеспечивать удаление микро- и макронеровностей дефектного слоя, имеющего, как правило, отличные от основного металла физико-механические свойства и структуру.

Таким образом, наименьший припуск на обработку Zmin можно определить по формуле

Zmin = Rz + h + ρ + ε , (4.1)

где Rz – средняя высота микронеровностей; h – глубина дефектного поверхностного слоя (обезуглероженный или отбеленный слой); ρ – суммарное отклонение расположения поверхностей (отклонение от плоскостности, прямолинейности, симметричности, соосности и др.); ε – погрешность установки.

Для наружных поверхностей, зная общий припуск на обработку заготовки Z, определяют расчетный предельный размер заготовки по формуле:

, (4.2)

где 2Z – размер общего припуска на обработку по диаметру;

Dб – наибольший предельный размер детали по чертежу.

Справочные данные для расчета обычно разрабатывают по отраслям машиностроения в виде таблиц (нормативных), с учетом способов обработки, вида заготовки, требуемой точности и других производственных и технологических факторов.

Эти нормативы периодически пересматривают по мере развития техники и повышения уровня технологии производства.

Составляющие припуска даны без индекса в связи с тем, что в одном случае эти величины относятся к выполняемому, а в другом – к предшествующему переходу. Ниже представлены основные коэффициенты для рассматриваемых примеров.

Качество поверхности заготовок из сортового проката:

Rz =125 мкм.

h =150 мкм.

ε = 0,06 мм.

ρ = 0,1 мм.

Качество поверхности заготовок, полученных методом штамповки:

Rz =1,25 мм.

h =1,0 мм.

ε = 0,06 мм.

ρ = 0,1 мм.

Качество поверхности заготовок, полученных методом литья:

Rz =1,5 мм.

h =1,3 мм.

ε = 0,6 мм.

ρ = 0,1 мм.

В связи с ограниченностью учебного времени в методических указаниях предусмотрен лишь расчет общего припуска и наименьшего предельного размера заготовки. В случае необходимости, пользуясь специальной литературой, студент может самостоятельно определить промежуточные межоперационные припуски на механическую обработку.

Рисунок 4.1 ─ Чертеж детали

1. Проанализировав чертеж детали и данные по типу производства, выбрать два вида заготовок (в качестве одного из видов заготовки использовать сортовой прокат).

2. По формуле (4.1) определить расчетное значение общего припуска на обработку.

3. Пользуясь формулой (4.2), определить расчетный наименьший предельный размер заготовки D₃. В случае использования в качестве заготовки сортового проката подобрать по сортаменту ближайший диаметр прутка D₃. Округление вести в большую сторону.

4. Определить действительный общий припуск на обработку для расчетной ступени.

5. Вычертить заготовки и указать их основные размеры.

6. Определить массы заготовок, рассматривая их как состоящие из элементарных геометрических тел с учетом припусков на обработку.

Оформление отчета

В отчете необходимо указать задачи и цель работы, изложить последовательность и результаты определения расчетного и действительного значений припусков и размеров заготовок.

К отчету приложить эскизы заготовок с указанием основных размеров.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5

Тема. Определение норм расхода материалов и расчет экономической эффективности выбора заготовки