Процессы и операции формообразования


Д. А. Рычков, А. С. Янюшкин














ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Учебное пособие
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК621
ББК 34.4
    Р93


Рецензенты:
доктор технических наук, заведующий кафедрой технологии машиностроения Чувашского государственного университета им. И. Н. Ульянова Лобанов Дмитрий Владимирович;
кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроения и транспорта Братского государственного университета
Архипов Павел Владимирович






       Рычков, Д. А.
Р93           Процессы и операции формообразования : учебное
       пособие / Д. А. Рычков, А. С. Янюшкин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 216 с. : ил., табл.
              ISBN 978-5-9729-0999-5

       Представлены теоретические сведения об основных способах формообразования поверхностей деталей в машиностроении. Рассмотрены процессы обработки металлов давлением, литья и резания материалов, включая шлифование и отделочные виды обработки, а также показаны электрохимические и электрофизические методы размерной обработки.
       Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки в области машиностроительных технологий.

УДК621
ББК 34.4





ISBN 978-5-9729-0999-5

© Рычков Д. А., Янюшкин А. С., 2022
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        ОГЛАВЛЕНИЕ


    Введение.............................................6
    1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ..............................8
      1.1. Понятия, относящиеся к типам производства.....8
      1.2.       Основные понятия, относящиеся к разработке технологических процессов...............................10
      Вопросы для самоконтроля..........................21

    2. ОБРАБОТКАМЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ......................22
      2.1.       Факторы, влияющие на обработку металлов давлением  22
      2.2.      Основные законы пластической деформации.24
      2.3.      Прокатка................................28
      2.4.      Волочение...............................31
      2.5.      Прессование.............................38
      2.6.      Ковка 44
      2.7.      Штамповка...............................51
        2.7.1. Понятие и классификация штамповки.....51
        2.7.2.    Горячая объемная штамповка на молотах в открытых штампах...............................54
        2.7.3. Горячая объемная штамповка
    на кривошипных горячештамповочных прессах в закрытых штампах..................................69
      Вопросы для самоконтроля..........................74

    3. ЛИТБЕ............................................77
      3.1. Литье в песчаные формы.......................78
      3.2. Литье в кокиль...............................93
      3.3. Литье под давлением..........................95
      3.4. Литье по выплавляемым моделям................97
      3.5. Центробежное литье...........................99
      3.6. Литье в оболочковые формы...................101
      Вопросы для самоконтроля.........................102

    4.     ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗАНИИ МАТЕРИАЛОВ.............................................104
      4.1. Точение.....................................105


3

      4.2.       Сверление, рассверливание, зенкерование и развертывание.....................................109
      4.3. Фрезерование.............................115
      4.4. Строгание. Протягивание..................120
      4.5. Шлифование и отделочные виды обработки...123
      Вопросы для самоконтроля......................136

    5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ................................137
      5.1. Электрохимическая обработка..............137
      5.2. Электроэрозионная обработка..............150
      5.3. Ультразвуковая обработка.................150
      5.4. Электронно-лучевая обработка.............152
      5.5. Лазерная обработка.......................153
      Вопросы для самоконтроля......................154

    6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ..........................155
      Лабораторнаяработа 1..........................155
      Классификация поверхностей деталей............155
        Краткие теоретические сведения..............156
      Практическая часть............................160
      Лабораторная работа 2.........................164
      Исследование шероховатости обработанных ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ................................164
        Краткие теоретические сведения..............164
      Практическая часть............................169
      Лабораторная работа 3.........................176
      Исследование отклонений формы
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ................................176
        Краткие теоретические сведения..............177
      Практическая часть............................184
      Лабораторная работа 4.........................188
      Исследование отклонений расположения ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ................................188
        Краткие теоретические сведения..............189
      Практическая часть............................195
      Лабораторная работа 5.........................198

4

      Исследование изменения формы и размеров детали после термообработки.....................198
Краткие теоретические сведения..........199
      Практическая часть........................202

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................205

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................206


5

        ВВЕДЕНИЕ


    Одним из важнейших аспектов машиностроительного производства является формообразующая обработка деталей. Современные технологии формообразования весьма обширны и включают обработку металлов давлением, литье и сварку, обработку резанием, электрофизические и электрохимические способы обработки и др. Эти технологии постоянно совершенствуются в связи с необходимостью решения различных технических и технологических проблем, таких как повышение производительности обработки, улучшение качества и точности деталей, их обрабатываемости и эксплуатационных характеристик, а также снижение затрат на изготовление.
    Теоретические сведения о процессах формообразования широко представлены в различных источниках, содержат методики расчета операций, информацию о применяемых инструментах и оснастке, а также рекомендации, основанные на научных исследованиях, однако они акцентированы на конкретные виды обработки.
    Целью данного учебного пособия является объединение, обобщение и дополнение информации о существующих и прогрессивных технологических процессах формообразования, широко применяемых в промышленности, что необходимо для обучающихся, специализирующихся в области машиностроения.
    Дисциплина «Процессы и операции формообразования» направлена на изучение основ обработки металлов давлением и резанием, литья, размерной обработки электрофизическими и электрохимическими методами, а также содержит лабораторные работы для закрепления знаний, формирования умений и навыков в определении качественных и количественных характеристик поверхностей деталей в процессе формообразования.
    Полученные знания необходимы обучающимся при выполнении курсовых, практических и лабораторных работ по профилирующим дисциплинам, включающим технологию машиностроения, физические методы исследования, резание материалов, технологические процессы в машиностроении и т. п., а

6

также при написании выпускных квалификационных работ по специальности «Технология машиностроения» и направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
    Настоящее учебное пособие позволит обучающимся освоить следующие компетенции в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»:
    -      способность использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительных изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда;
    -      способность осваивать и применять современные методы организации и управления машиностроительными производствами, выполнять работы по доводке и освоению технологических процессов, средств и систем технологического оснащения, автоматизации, управления, контроля, диагностики в ходе подготовки производства новой продукции, оценке их инновационного потенциала, по определению соответствия выпускаемой продукции требованиям регламентирующей документации, по стандартизации, унификации технологических процессов, средств и систем технологического оснащения, диагностики, автоматизации и управления выпускаемой продукции.

7

        1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ


     Формообразование поверхностей деталей различной конфигурации и размеров производится на операциях механической обработки, пластического деформирования, литья, сварки и т. п. При этом необходима разработка технологического процесса, обеспечивающего получение заданной формы и размеров деталей с соблюдением требуемой точности изготовления и качества поверхностей.
     Теоретические основы машиностроения предусматривают ряд определений, относящихся к производству в целом и технологическим процессам. Рассмотрим далее основные из них.

        1.1. Понятия, относящиеся к типам производства

     Тип производства - это комплексная характеристика технических, организационных и экономических особенностей машиностроительного производства, обусловленная его специализацией, типом и постоянством номенклатуры изделий, а также формой движения изделий по рабочим местам.
     Выделяют следующие типы производств:
     - единичное (проектное);
     - серийное;
     - массовое.
     Единичное производство - форма организации производства, при которой различные виды продукции изготавливаются в одном или нескольких экземплярах (штучный выпуск).
     Единичное производство характеризуется большой номенклатурой изделий различного технического назначения, выпуск которых запланирован в ограниченных количествах. При этом возможность применения стандартных технических средств обеспечения технологического процесса ограничена вследствие постоянной смены номенклатуры и типа выпускаемой продукции. Производственный процесс получения деталей носит прерывистый характер, а выпуск изделий занимает продолжительное время в связи с тем, что обработка производится на универ

8

сальном оборудовании и требует переналадки на определенную операцию.
     Серийное производство - форма организации производства, для которой характерен выпуск изделий большими партиями (сериями) с установленной регулярностью выпуска.
     Серийное производство является наиболее распространенным типом производства и характеризуется постоянством выпуска относительно большой номенклатуры изделий. При этом годовая номенклатура выпускаемых изделий шире, чем номенклатура каждого месяца. Это позволяет выпускать изделия в больших или относительно больших количествах и проводить значительную унификацию выпускаемых изделий и технологических процессов, изготовлять стандартные или нормализованные детали, входящие в конструктивные ряды, большими партиями, что уменьшает их себестоимость.
     Серийный тип производства характерен для станкостроения, производства проката черных металлов и т. п.
     Организация труда в серийном производстве отличается высокой специализацией, поскольку за каждым рабочим местом закрепляется выполнение нескольких определенных операций. Особенности серийного производства обусловливают экономическую целесообразность выпуска продукции по циклически повторяющемуся графику.
     Серийное производство принято разделять на три типа:
     - мелкосерийное;
     - серийное;
     - крупносерийное.
     Мелкосерийное производство является переходным от единичного к серийному, при котором выпуск изделий может осуществляться малыми партиями.
     Внедрение компьютеризации позволяет повысить гибкость производства и внести в мелкосерийное производство черты поточного производства. Например, появилась возможность изготовлять несколько типов изделий на одной поточной линии с затратой минимального количества времени для переналадки оборудования.

9

    Крупносерийное производство является переходной формой к массовому производству, при котором выпуск изделий осуществляется крупными партиями в течение длительного периода. Обычно предприятия этого типа специализируются на выпуске отдельных изделий или комплектов по предметному типу.
    Массовое производство - форма организации производства, характеризующаяся постоянным выпуском строго ограниченной номенклатуры изделий, однородных по назначению, конструкции, технологическому типу, изготовляемых одновременно и параллельно.
    Массовое производство характеризуется ограниченной номенклатурой продукции, выпускаемой в больших объемах в течение длительного времени (одно-два наименования в год). Причем отдельные единицы продукции имеют лишь незначительные отличия в конструкции, характеристиках и комплектации, что создает экономическую целесообразность широкого применения в конструкциях изделий унифицированных и взаимозаменяемых элементов.
    При массовом производстве характерна высокая стандартизация и унификация их узлов и деталей, высокая степень комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Механическая обработка и сборка деталей осуществляется на высокопроизводительном оборудовании, таком как автоматы, агрегатные станки, автоматические линии с использованием специальной оснастки. Технологический процесс дифференцирован, а каждая операция закреплена за одним рабочим местом.

        1.2. Основные понятия, относящиеся к разработке технологических процессов

    Термины и определения основных понятий, относящихся к производственному процессу, сформулированы в ГОСТ 3.1109-82, где для каждого понятия установлен один стандартизованный термин, отклонения от которого недопустимы [9].


10

    Совокупность всех действий людей и орудий труда, осуществляемых на предприятии для изготовления конкретных видов продукции, называется производственным процессом.
    В производственном процессе трудовые процессы сочетаются с естественными, в которых изменение предметов труда происходит под влиянием сил природы без участия человека (например, сушка окрашенных деталей на воздухе, охлаждение отливок, старение литых деталей и т. д.).
    По своему назначению и роли в производстве процессы подразделяются на основные, вспомогательные и обслуживающие.
    Основными называются производственные процессы, в ходе которых осуществляется изготовление основной продукции, выпускаемой предприятием. Результатом основных процессов в машиностроении является выпуск машин, аппаратов и приборов, составляющих производственную программу предприятия и соответствующих его специализации, а также изготовление запасных частей к ним для поставки потребителю.
    К вспомогательным относятся процессы, обеспечивающие бесперебойное протекание основных процессов. Их результатом является продукция, используемая на самом предприятии. Вспомогательными являются процессы по ремонту оборудования, изготовлению оснастки, выработка пара и сжатого воздуха ит. д.
    Обслуживающими называются процессы, в ходе реализации которых выполняются услуги, необходимые для нормального функционирования и основных, и вспомогательных процессов. К ним относятся, например, процессы транспортировки, складирования, подбора и комплектования деталей и т. д.
    В современных условиях, особенно в автоматизированном производстве, наблюдается тенденция к интеграции основных и обслуживающих процессов. Так, в гибких автоматизированных комплексах объединены в единый процесс основные, комплектовочные, складские и транспортные операции.
    Совокупность основных процессов образует основное производство. На предприятиях машиностроения основное производство состоит из трех стадий: заготовительной, обрабатывающей и сборочной. Стадией производственного процесса назы

11

вается комплекс процессов и работ, выполнение которых характеризует завершение определенной части производственного процесса и связано с переходом предмета труда из одного качественного состояния в другое.
     К заготовительной стадии относятся процессы получения заготовок - резка материалов, литье, штамповка. Обрабатывающая стадия включает процессы превращения заготовок в готовые детали: механическую обработку, термообработку, покраску и гальванические покрытия и т. д. Сборочная стадия -заключительная часть производственного процесса. В нее входят сборка узлов и готовых изделий, регулировка и отладка машин и приборов, их испытания.
     Состав и взаимные связи основных, вспомогательных и обслуживающих процессов образуют структуру производственного процесса.
     В организационном плане производственные процессы подразделяются на простые и сложные. Простыми называются производственные процессы, состоящие из последовательно осуществляемых действий над простым предметом труда (например, производственный процесс изготовления одной детали или партии одинаковых деталей). Сложный процесс представляет собой сочетание простых процессов, осуществляемых над множеством предметов труда (например, процесс изготовления сборочной единицы или всего изделия).
     Основной частью производственного процесса является технологический процесс.
     Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки.
     В ходе реализации технологических процессов происходит изменение геометрических форм, размеров и физикохимических свойств предметов труда.
     Наряду с технологическим производственный процесс включает также и нетехнологические процессы, которые не имеют своей целью изменение геометрических форм, размеров или физико-химических свойств предметов труда или проверку их ка

12

чества. К таким процессам относятся транспортные, складские, погрузочно-разгрузочные, комплектовочные и некоторые другие операции и процессы.
    Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.
    Технологический метод - совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при выполнении формообразования, обработки или сборки, перемещения, включая технический контроль, испытания в технологическом процессе изготовления или ремонта, установленных безотносительно к наименованию, типоразмеру или исполнению изделия.
    Технологическая база - поверхность, сочетание поверхностей, ось или точка, используемые для определения положения предмета труда в процессе изготовления.
    Обрабатываемая поверхность - поверхность, подлежащая воздействию в процессе обработки.
    Обработанная поверхность - поверхность, полученная после обработки.
    В процессе разработки технологического процесса создается комплект технологической документации, необходимой и достаточной для выполнения операций. Сюда входит маршрутное, операционное и маршрутно-операционное описание технологического процесса.
    Маршрутное описание технологического процесса - сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов (рис. 1.1). Выполняется в соответствии с ГОСТ 3.1118-82.
    Операционное описание технологического процесса -полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов (рис. 1.2). Выполняется в соответствии с ГОСТ3.1404-86.
    К операционной карте прилагается карта эскизов, предназначенная для пояснения выполнения технологического процесса (рис. 1.3). Выполняется в соответствии с ГОСТ 3.1105-84.

13