Основные термины и определения

Научный редактор

Доктор технических наук, профессор В. П. Ш в е й к и н

Рецензенты

Б. М. Г о т л и б, доктор технических наук, профессор

( Уральский государственный университет путей сообщения )

С. В. С м и р н о в, доктор технических наук ( Институт машиноведения УрО РАН )

Орлов, Г. А.

О-664 Технологические процессы обработки металлов давлением : [учеб. пособие] / Г. А. Орлов ; [науч. ред. В. П. Швейкин] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федерал. ун-т. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2013. — 198 с. : ил. ISBN 978-5-7996-0887-3

Приведены общие сведения об особенностях технологических процессов обработки металлов давлением (ОМД). Кратко изложены основы теории ОМД. Значительное внимание уделено видам ОМД, схемам выполнения процессов, технологическим режимам и оборудованию. Рассмотрены этапы разработки технологии производства изделий методами прокатки, волочения, ковки, штамповки, прессования. Показаны перспективы применения непрерывнолитой заготовки и совмещенных процессов ОМД с литьем и термической обработкой.

Предназначено для студентов, обучающихся по программе бакалавриата, может быть полезно также магистрам и аспирантам.

УДК 621.7(075.8)

ББК 34.1я73-1

© Уральский федеральный университет, 2013

ISBN 978-5-7996-0887-3 © Орлов Г. А., 2013

ВВЕДЕНИЕ

О б р а б о т к а     м е т а л л о в        д а в л е н и е м

(ОМД) — один из основных способов получения изделий, сочетающий высокую производительность, универсальность, малоотходность, возможность проработки структуры металла, получения высоких эксплуатационных свойств изделий. Фактически ни одна отрасль промышленности не обходится без использования ОМД в технологическом цикле. Прогресс в таких отраслях, как самолето- и ракетостроение, медицина, атомная энергетика, нефте- и газодобыча, судостроение, машиностроение, был бы невозможен без современных технологий изготовления деталей и узлов машин и аппаратов с помощью ОМД. Благодаря фундаментальной научной базе (механика сплошных сред, теория пластичности, механика и физика твердого тела) обработка металлов давлением развивается как прикладная наука, во многом определяющая развитие промышленности.

Современный специалист должен быть хорошо знаком с основами, особенностями и видами технологии процессов ОМД для получения различных изделий, современными тенденциями их развития во взаимосвязи с другими металлургическими процессами.

Изучению процессов ОМД предшествует освоение дисциплин по технологическим процессам производства черных и цветных металлов из руд, изучение их свойств в жидком и твердом состояниях, а также основ технической механики и сопротивления материалов.

Лишь после изучения перечисленных курсов можно приступать к освоению инженерных дисциплин, рассматривающих оборудование металлургических цехов, проектирование цехов и технологий металлургических заводов и мини-производств, в том числе связанных с ОМД.

Учебное пособие соответствует программам дисциплин «Основы технологических процессов ОМД» и «Обработка металлов давлением».

О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

4

1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основные термины и определения

Т е х н о л о г и я — это совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе производства, для получения готовой продукции; наука о способах воздействия на сырье, материалы или полуфабрикаты соответствующими орудиями производства^[1].

Технология разрабатывается обычно по отраслям промышленности (машиностроение, строительство, приборостроение и др.) и обязательно включает технологию получения и обработки металлов, в том числе и обработку металлов давлением (ОМД). Таким образом, технология ОМД — неотъемлемая часть технологии любого промышленного производства, имеющего дело с металлами и металлическими сплавами.

Можно выделить следующие основные принципы разработки технологии:

— надежность, повторяемость, стабильность получаемых результатов;

— экономичность, малозатратность, рентабельность;

— современность, наукоемкость, прогрессивность;

— экологичность, регенеративность отходов, соответствие санитарным нормам и нормативам по защите окружающей среды;

— возможность автоматизации производства, высвобождение ручного труда.

ГОСТ 14.004—83 определяет типы и виды промышленного производства.

Т и п п р о и з в о д с т в а — классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска продукции. Различают следующие типы производства: единичное, серийное и массовое.

Е д и н и ч н о е п р о и з в о д с т в о характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается.

С е р и й н о е п р о и з в о д с т в о характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями.

М а с с о в о е п р о и з в о д с т в о отличается большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция.

В и д п р о и з в о д с т в а — классификационная категория производства, выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия (например, литейное, сварочное, кузнечное и др.).

Также по отношению к товарной продукции производство делится на основное (для выпуска товаров) и вспомогательное (для производства средств, необходимых для обеспечения функционирования основного производства). В частности, к вспомогательному относится инструментальное производство для изготовления технологической оснастки.

По степени завершенности технологических процессов производство разделяют на опытное (изготовление образцов, партий или серий изделий для исследовательских работ или разработки конструкторской и технологической документации для установившегося производства) и установившееся (функционирующее по окончательно отработанной конструкторской и технологической документации) производство.

Технология реализуется на производстве в виде технологического процесса, который выполняется в соответствии с технологической документацией. Е д и н а я с и с т е м а т е х н о л о г и ч е с к о й д о к у м е н т а ц и и (ЕСТД) стандартизирована соответствующими ГОСТами.

Рассмотрим термины и определения ЕСТД по ГОСТу 3.1109—82.

П р о и з в о д с т в е н н ы й п р о ц е с с — совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции.

Т е х н о л о г и ч е с к и й п р о ц е с с — часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда.

Т е х н о л о г и ч е с к и й м а р ш р у т — последовательность прохождения заготовки по цехам и производственным участкам предприятия при выполнении технологического процесса.

Под п р е д м е т о м т р у д а понимаются обрабатываемые заготовки и изделия. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки.

ГОСТ 3.1109—82 определяет следующие предметы труда:

— материал — исходный предмет труда, потребляемый для изготовления изделия;

— основной материал — материал исходной заготовки;

— вспомогательный материал — материал, расходуемый при выполнении технологического процесса дополнительно к основному материалу;

— полуфабрикат — предмет труда, подлежащий дальнейшей обработке на предприятии-потребителе;

— заготовка — предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливается деталь;

— исходная заготовка — заготовка перед первой технологической операцией;

— изделие — единица промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках (экземплярах) (ГОСТ 15895—77);

— комплектующее изделие — изделие предприятия-поставщика, применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием-изготовителем;

— типовое изделие — принадлежащее группе изделий близкой конструкции, обладающее наибольшим количеством конструктивных и технологических признаков этой группы;

— сборочный комплект — группа составных частей изделия, которые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части.

ГОСТ 3.1109—82 определяет также виды (типы) технологических процессов и операций.

Е д и н и ч н ы й технологический процесс обеспечивает изготовление или ремонт изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.

Т и п о в о йтехнологический процесс применяется для изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

Г р у п п о в о йтехнологический процесссоответствует изготовлению группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

Т е х н о л о г и ч е с к а я о п е р а ц и я — структурная единица технологического процесса, законченная его часть, выполняемая на одном рабочем месте.

Т и п о в а я  т е х н о л о г и ч е с к а я  о п е р а ц и яхарактеризуется единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

Г р у п п о в а я  т е х н о л о г и ч е с к а я  о п е р а ц и я применяется для совместного изготовления группы изделий с различными конструктивными, но общими технологическими признаками.

ГОСТ 3.1109—82 определяет также э л е м е н т ытехнологических операций:

— переход — это законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке;

— позиция — фиксированное положение обрабатываемой заготовки относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции;

— закрепление — это приложение сил к предмету труда для обеспечения постоянства его положения;

— рабочий ход — законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки; — и т. д.

Стандартизированы следующие х а р а к т е р и с т и к и технологического процесса (операции):

— цикл — интервал календарного времени от начала и до конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно изготовляемых изделий;

— такт выпуска — интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий или заготовок определенных наименований и типоразмеров;

— технологический режим — совокупность значений параметров технологического процесса в определенном интервале времени;

— подготовительно-заключительное время — интервал времени, затрачиваемый на подготовку к выполнению операции и приведения в порядок рабочего места после выполнения операции;

— штучное время — интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий;

— основное время — часть штучного времени, затрачиваемая на изменение состояния предмета труда;

— вспомогательное время — часть штучного времени, необходимого для обеспечения изменение состояния предмета труда;

— оперативное время — сумма основного и вспомогательного времени и др.

— и т. д.

Т е х н о л о г и ч е с к а я н о р м а — регламентированное значение показателя технологического процесса.

Т е х н о л о г и ч е с к о е н о р м и р о в а н и е — установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов.

Н о р м а в р е м е н и — регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Е д и н и ц а н о р м и р о в а н и я — количество произведенных объектов или число работающих, на которое устанавливают техническую норму.

Н о р м а  в ы р а б о т к и — регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Технологический процесс выполняется следующими с р е д с т в а м и т е х н о л о г и ч е с к о г о о с н а щ е н и я: технологическим оборудованием, оснасткой, приспособлениями, инструментом.

Т е х н о л о г и ч е с к а я о с н а с т к а — средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса.

П р и с п о с о б л е н и я— технологическая оснастка, предназначенная для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции.

И н с т р у м е н т — технологическая оснастка, предназначенная для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния.

Для выполнения технологического процесса разрабатывается комплект документов. Выпуск качественного изделия возможен только при соблюдении технологической дисциплины, т. е. точного соответствия технологического процесса требованиям технологической и конструкторской документации.

Т е х н о л о г и ч е с к и й д о к у м е н т — графический или текстовый документ, который отдельно или в совокупности с другими документами определяет технологический процесс или технологическую операцию.

Виды документов и стадии их разработки установлены ГОСТом 3.1102—81.

Стадии разработки технологической документации, применяемой для технологических процессов изготовления изделий, определяются в зависимости от стадий разработки используемой конструкторской документации.

Стадии разработки рабочей технологической документации устанавливаются разработчиком документации и включают ( по ГОСТу 3.1102—81):

1. Предварительный проект для изготовления и испытания макета изделия и (или) его составных частей на основании конструкторской документации, выполненной на стадиях эскизного и технического проектов.

2. Разработка документации :

a) опытного образца (партии) на основании соответствующей конструкторской документации предусматривает корректировку документации по результатам изготовления и предварительных и приемочных испытаний;

б) серийного (массового) производства на основании соответ-

ствующей конструкторской документации.

В зависимости от назначения технологические документы подразделяются на основные и вспомогательные. К о с н о в н ы м относятся документы, содержащие сводную информацию, необходимую для решения одной или комплекса инженерно-технических, планово-экономических и организационных задач, а также полностью и однозначно определяющие технологический процесс (операцию) изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия). К в с п о м о г а т е л ь н ы м относят документы, применяемые при разработке, внедрении и функционировании технологических процессов и операций (например, карту заказа на проектирование технологической оснастки, акт внедрения технологического процесса и др.).

Т е х н о л о г и ч е с к а я и н с т р у к ц и я предназначена для описания технологических процессов, методов и приемов, повторяющихся при изготовлении изделий, правил эксплуатации средств технологического оснащения.

М а р ш р у т н а я к а р т а используется для маршрутного и маршрутно-операционного описания технологического процесса или указания полного состава технологических операций при операционном описании изготовления или ремонта изделия, включая контроль и перемещение по всем операциям различных технологических методов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, технологической оснастке, материальных нормативах и трудовых затратах.

К а р т а т е х н о л о г и ч е с к о г о п р о ц е с с а предназначена для операционного описания технологического процесса в технологической последовательности по всем операциям одного вида обработки, с указанием переходов, технологических режимов и данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых затратах.

Допускается взамен маршрутной карты использовать соответствующую карту технологического процесса.

О п е р а ц и о н н а я к а р т а используется для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах.

В е д о м о с т и служат для указания перечней различных категорий:

— технологических маршрутов;

— оснастки;

— оборудования;

— материалов;

— удельных норм расхода материалов;

— сборки изделий (указывается состав деталей и сборочных единиц);

— операций;

— дефектации (указываются изделия или их составные части, подлежащие ремонту, с определением вида ремонта и дефектов);

— технологических документов (указывается полный состав документов, необходимых для изготовления или ремонта изделий и передачи их на другое предприятие).

Цель технологических разработок — выпуск продукции требуемого качества. В соответствии с ГОСТом 15.001—88 продукция, подлежащая разработке и постановке на производство, должна удовлетворять требованиям заказчика и обеспечивать возможность эффективного ее применения потребителем и (или) возможность экспорта. Требования к техническому уровню продукции устанавливают с учетом требований, предусмотренных в законодательных и иных нормативных актах.

Разработка продукции осуществляется по договору с заказчиком или по инициативе разработчика, а также может выполняться по конкурсу в соответствии с положением о нем. Результаты разработки как вид научно-технической продукции передаются заказчику или, по его указанию, изготовителю для производства промышленной продукции. Функции заказчика может выполнять государственная, кооперативная или общественная организация ( предприятие ).

Разработчик на основе исходных требований заказчика, изучения спроса, условий применения, тенденций развития и имеющегося научно-технического задела проводит необходимые научноисследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы, включая патентные исследования, использует функционально-стоимостный анализ, моделирование, художественное конструирование и другие прогрессивные методы создания продукции. При этом следует руководствоваться нормативно-техническими и другими документами, в которых установлены значения показателей, определяющих технический уровень продукции, требования сопротивляемости внешним воздействиям, заменяемости и совместимости составных частей и продукции в целом, безопасности, охраны здоровья и природы.

Разработка и постановка продукции на производство в общем случае предусматривает:

1) разработку технического задания;

2) разработку технической и нормативно-технической документации;

3) изготовление и испытание образцов продукции; 4) приемку результатов разработки; 5) подготовку и освоение производства.

Т е х н и ч е с к о е з а д а н и е является основным исходным документом для разработки продукции. Оно должно содержать технико-экономические требования к продукции, определяющие ее потребительские свойства и эффективность применения, перечень документов, требующих совместного рассмотрения, порядок сдачи и приемки результатов разработки. При необходимости техническое задание может содержать также требования к подготовке и освоению производства.

Конкретное содержание технического задания, порядок его разработки и утверждения определяют заказчик и разработчик, а при инициативной разработке — разработчик. Как правило, техническое задание включает следующие разделы:

1) наименование и область применения,

2) основания для разработки,

3) цель и назначение разработки,

4) источники разработки,

5) технические требования к продукции,

6) экономические показатели,

7) стадии и этапы разработки,

8) порядок контроля выполнения работ и приемки, 9) приложения.

Разработку конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации, а также, при необходимости, программной документации (ПД) на изделия проводят по правилам, установленным соответственно стандартами ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД.

В процессе разработки документации выбор и проверка новых технических решений, обеспечивающих достижение основных потребительских свойств продукции, должны осуществляться при лабораторных, стендовых и других исследовательских испытаниях моделей, макетов, натурных составных частей изделий и экспериментальных образцов продукции в целом в условиях, имитирующих, как правило, реальные условия эксплуатации (потребления).

Для подтверждения соответствия разработанной технической документации исходным требованиям и выбора лучшего образца (при наличии вариантов) изготавливают опытные образцы (опытные партии). Опытные образцы допускается не изготовлять для мелкосерийной продукции, при модернизации или модифицировании серийной (массовой) продукции, а также при получении конечных изделий агрегатированием из отработанных деталей, узлов, блоков и модулей при условии, что результатов предыдущих испытаний и эксплуатации достаточно для оценки свойств продукции. Необходимость изготовления опытных образцов (партий) и их количество ( объем) указывают в техническом задании.

Опытные образцы (опытную партию) или единичную продукцию (головной образец) подвергают приемочным испытаниям в соответствии с действующими стандартами или типовыми программами и методиками испытаний, относящимися к данному виду ( группе) продукции. При их отсутствии или недостаточной полноте испытания проводят по программе и методике, подготовленным разработчиком и согласованным с заказчиком или одобренным приемочной комиссией. При согласии заказчика на приемочные испытания вместо опытных могут быть представлены экспериментальные образцы. При постановке на производство типоразмерного ряда продукции приемочным испытаниям подвергают образцы — типовые представители ряда, которые выбирает разработчик по согласованию с заказчиком (основным потребителем).

Приемочные испытания проводит разработчик совместно с заказчиком или приемочная комиссия. По требованию заказчика или по решению разработчика приемочные испытания могут быть поручены специализированной испытательной организации (испытательному центру) или изготовителю.

Разработчик на основе требований технического задания и стандартов, касающихся данного вида продукции, с учетом результатов испытаний в установленных случаях разрабатывает проект нормативно-технического документа на конкретную продукцию (технические условия или стандарт) или отражает все требования к качеству продукции в технической документации.

Оценку выполненной разработки и принятие решения о производстве и (или) применении продукции (для единичной продукции) проводит приемочная комиссия, в состав которой входят представители заказчика (основного потребителя), разработчика, изготовителя и Государственной приемки (при ее наличии на предприятии-разработчике). Для конечной продукции, предназначенной для внутреннего и внешнего рынка, в состав комиссии включают представителя организации, ответственной за экспорт. При необходимости к работе комиссии могут быть привлечены эксперты сторонних организаций, а также органы, осуществляющие надзор за безопасностью, охраной здоровья и природы. Председателем комиссии назначают заказчика, а при его отсутствии — основного потребителя. Состав комиссии формирует и утверждает разработчик.

На приемочную комиссию разработчик представляет техническое задание, проект технических условий или стандарта технических условий (если их разработка предусмотрена), конструкторские и (или) технологические документы, требующие совместного рассмотрения, результаты испытаний и другие материалы, подтверждающие соответствие разработанной продукции этим документам и удостоверяющие ее технический уровень и конкурентоспособность. Приемочной комиссии, как правило, представляют также опытные или экспериментальные образцы продукции, а если их изготовление не было предусмотрено, — головной образец или единичную продукцию.

По результатам рассмотрения представленных материалов комиссия составляет акт, в котором указывает:

1) соответствие разработанной (изготовленной) продукции заданным требованиям и рекомендации по производству (сдаче потребителю);

2) результаты оценки технического уровня продукции;

3) рекомендации об изготовлении установочной серии (для серийной и массовой продукции) и ее объем;

4) замечания и предложения по доработке продукции (при необходимости).

Акт приемочной комиссии утверждает ее председатель. Утверждение акта приемочной комиссии означает окончание разработки, прекращение действия технического задания (если оно не распространяется на дальнейшие работы), согласование представленных нормативно-технических и эксплуатационных документов, а также разрешение на производство или использование продукции.

При отрицательной оценке результатов разработки в целом в акте указывают направления дальнейших работ и условия повторного представления результатов или нецелесообразность продолжения работ.

Подготовку производства, как правило, начинают параллельно с разработкой технической документации и изготовлением при необходимости отдельных составных частей изделия или изделия в целом.

Освоение производства, если оно не было выполнено ранее, проводят в процессе изготовления установочной серии первой промышленной партии). При этом выполняют мероприятия по отработке технологии и подготовке персонала к выпуску продукции со стабильными свойствами и в заданном объеме.

 Для подтверждения готовности производства к серийному (массовому) выпуску продукции изготовитель с участием Государственной приемки (при ее наличии на предприятии-изготовителе) проверяет полноту технологического процесса, качество и стабильность выполнения технологических операций и проводит квалификационные испытания образцов установочной серии (первой промышленной партии). Квалификационные испытания проводят также при постановке на производство продукции, ранее освоенной на другом предприятии или изготовляемой по лицензии. Программу квалификационных испытаний подготавливает изготовитель с привлечением разработчика или держателя подлинников техни-

ческой документации. Испытания должны подтвердить, что отклонения основных параметров продукции, связанные с технологией производства, не выходят за допускаемые пределы, а недостатки продукции, выявленные приемочной комиссией, устранены. Результаты квалификационных испытаний оформляют протоколом (актом).

При отрицательных результатах квалификационных испытаний приемку продукции прекращают до устранения выявленных недостатков и получения положительных результатов повторных испытаний. Ранее принятую продукцию (в том числе поставленную потребителю) изготовитель дорабатывает или заменяет.

При положительных результатах квалификационных испытаний освоение производства считается законченным, а изготовленная продукция может поставляться заказчику (потребителю) по утвержденной документации.