Методы получения заготовок. Характеристика методов получения заготовок Основные виды отливок заготовок деталей машин

Основные виды заготовок: отливки, штамповки, поковки, прокат, заготовки из металлопорошков, пластмасс и штампосварные. Качественные характеристики заготовок в зависимости от метода их получения. Технико-экономические условия выбора заготовок. Влияние конструкции и материала детали на выбор метода получения заготовок. Задачи рационального и экономного использования металлов путем совершенствования конструкций автотракторной техники и повышения точности заготовок. Задачи охраны окружающей среды, условия труда. Безотходная технология

В транспортной промышленности применяются следующие основные заготовки:

а) отливки из чугуна, стали и цветных металлов; б) поковки и штамповки из стали и некоторых цветных металлов; в) прокат из стали и цветных металлов; г) штампо-сварные из стального проката и других металлов; д) штамповки и отливки из пластмасс; е) металлокерамические (порошковая металлургия).

Себестоимость детали складывается из себестоимости заготовки и себестоимости ее обработки, поэтому необходимо процесс изготовления детали рассматривать комплексно, включая процесс получения заготовки и ее обработку. Из многих возможных способов получения заготовки надо выбрать оптимальный для заданных условий производства, обеспечивающий минимальную себестоимость изготовления детали. Например, при массовом производстве деталей экономически оправдывается получение заготовок, наиболее приближающихся по форме и размерам к готовой детали.

Для объективной технологической характеристики заготовки (кроме оценки правильности геометрической формы и размеров, а также физических свойств металла) применяется коэффициент съема металла

где - вес заготовки; - вес детали.

Получение заготовок литьем

Заготовки можно отливать в разовые, полупостоянные и постоянные формы.

Литье в разовые формы. Этот способ применяется при изготовлении заготовок из черных и цветных металлов с любыми размерами и весами. Производится литье в разовые сырые или сухие песчаные формы, в оболочковые (скорлупчатые) формы и по выплавляемым моделям (прецизионное).

Песчаные формы выполняются в опоках или без опок (почвенная формовка). Формы без опок изготовляются ручным способом, а в опоках - ручным и машинным способами.

Сухие (стержневые) формы применяют для получения ответственных отливок сложной конфигурации (цилиндр двигателя, рабочие колеса гидротурбин и т. п.). Форму собирают из стержней по шаблонам и кондукторам; она обеспечивает получение высокой точности заготовки. Заготовки, получаемые литьем в оболочковые формы , изготовленные из песчано-смоляных смесей, имеют более высокие точность размеров и формы и чистоту поверхности по сравнению с отливками, получаемыми при литье в обычные песчаные формы. В оболочковых формах изготовляют отливки из серого, ковкого и сверхпрочного чугуна, стали и цветных сплавов. Этим методом изготовляют обычно сложные и ответственные заготовки деталей весом до 100 кг. Оболочковые формы имеют прочные тонкие стенки толщиной 5-8 мм, состоящие из смеси 92-95% кварцевого песка и 8-5% термореактивной смолы (фенолформальдегидные смолы типа бакелита и др.). Также применяются быстротвердеющие смеси с жидким стеклом, бетонные и др.

Способ отливки в оболочковые формы сокращает потребление литейной земли в 10 раз, повышает производительность труда в 10-15 раз, значительно улучшает условия труда в литейном цехе. Этот способ особенно выгоден для крупносерийного и массового выпуска деталей. Он позволяет получать стальные отливки с толщиной стенок 3 мм, а отливки из алюминиевых сплавов с толщиной стенок 1 мм. Точность отливок соответствует 4-5-му классам точности, а чистота поверхности 3-4-му классам.

Литье по выплавляемым моделям позволяет получить заготовки сложной формы, настолько близкой к готовой детали, что в отдельных случаях частично или полностью исключается механическая обработка. По выплавляемым моделям обычно изготовляют отливки небольшого веса (до 3 кг), хотя в отдельных случаях они могут выполняться и значительно большего веса. Минимальная толщина стенок отливок из чугуна составляет 0,15 мм, а из алюминиевых сплавов - 0,8 мм. Можно отливать заготовки зубчатых колес с зубьями, шлицевые валики со шлицами и т. п. Для получения большей плотности металла в отливке применяют центробежный или центробежно-вакуумный способ заливки. Для увеличения производительности процесса литья целесообразно в одной форме отливать группу заготовок по выплавляемым моделям. При этом получаются отливки с точностью по 4-5-му классам и чистотой поверхности по 3-4-му классам.

Литье в полупостоянные формы. При этом способе формы изготовляют из гипса, цемента, кирпича и камня. Гипсовые формы применяют для изготовления отливок из чугуна и цветных сплавов весом до 1 т. Отливки в гипсовые формы могут иметь толщину стенок 1-1,5 мм, а отливки из алюминиевых сплавов с использованием вакуума - толщину стенок 0,2 мм. Этим способом изготовляют отливки зубчатых колес с формообразованием зубьев, шлицевые валы, лопасти турбин и др. Цементные формы и формы из кирпича в автотракторной промышленности не применяются.

Формы из камня обеспечивают получение чугунных и бронзовых отливок с чистотой поверхности по 6-му классу и не требуют отбела поверхностного слоя. Формы из талькоактинолито-хлоритового сланца применяют вместо металлических кокилей при массовом производстве.

Литье в постоянные формы. Широкое применение имеет литье в металлические формы - кокиль. Этот вид литья позволяет получать отливки с точностью по 4-7-му классам и с чистотой поверхности по 3-4-му классам. В металлические формы можно отливать заготовки из стали, чугуна и цветных сплавов с весом от нескольких граммов до нескольких тонн.

Для повышения стойкости металлических форм их охлаждают водой. Этот метод экономически целесообразно применять при серийном и массовом производстве. Он позволяет повысить производительность труда по сравнению с литьем в песчаные формы в 2 раза и более, уменьшить более чем в 4 раза производственные площади и снизить в 2 раза затраты на формовочные материалы.

Литье под давлением производится в основном в постоянные формы и применяется для изготовления сложных тонкостенных отливок с глубокими плоскостями и сложными пересечениями стенок. Отливки имеют мелкозернистую структуру, что повышает прочность металла в 1,5 раза по сравнению с прочностью отливок, получаемых в песчаных формах.

Себестоимость форм для литья под давлением высокая, поэтому такой способ применяется в крупносерийном и массовом производстве.

Для литья втулок, колец, труб и других деталей вращения применяется центробежное литье на центробежных машинах.

Особенностью этого процесса является образование внутренней полости без применения стержней и возможность получения многослойных отливок. Заливка металла в металлическую изложницу обеспечивает более качественную отливку, чем заливка в футерованную изложницу, но срок службы последней больше из-за меньшего нагрева. Точность стальных и чугунных отливок, полученных центробежным литьем, соответствует 6-8-му классам и чистота поверхности - 3-му классу.

Получение заготовок обработкой давлением

Процессы обработки металла давлением отличаются высокой производительностью, относительно малой трудоемкостью, обеспечивают экономное расходование металла и, как правило, способствуют улучшению механических свойств металла.

Заготовки могут быть получены ковкой, горячей штамповкой, холодной объемной штамповкой и холодной листовой штамповкой.

Свободная ковка. Она производится на ковочных молотах. Для получения фасонных заготовок деталей автомобилей и тракторов, изготовляемых из сортового проката, применяют пневматические или паровоздушные молоты. Свободную ковку целесообразно применять только при единичном производстве. Ковку на молотах также производят в подкладных штампах. Применение подкладных штампов позволяет увеличить производительность ковки в 5-6 раз. Применяется этот вид ковки в мелкосерийном производстве. Перед штамповкой в подкладных штампах заготовке придают свободной ковкой форму, близкую к форме заданной поковки. Допуск на размер штамповок, получаемых в подкладных штампах, примерно в 2-3 раза меньше, чем допуск при свободной ковке. В мелкосерийном производстве применяется ковка на радиально-ковочной машине с программным управлением. Эта машина производит периодическое обжатие и вытягивание по уступам прутковой или трубной заготовки при помощи последовательных и быстрых ударов двумя бойками и более, работающими по заданной программе, заложенной в программное устройство машины. На радиально-ковочной машине можно производить горячую и холодную ковку. Точность размеров при холодной ковке колеблется в пределах от ±0,02 до ±0,2 мм и чистота поверхности соответствует 7-9-му классам, при горячей ковке точность колеблется в пределах от ±0,05 до 0,3 мм и чистота поверхности соответствует 1-3-му классам.

Горячая объемная штамповка. Горячая объемная штамповка может производиться на молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), штамповочных прессах и ковочных вальцах. Штамповка на молотах применяется в серийном и массовом производстве. Заготовка требуемой конфигурации большей частью получается путем последовательной обработки в нескольких ручьях, выполненных в одном штампе.

Штамповкой на ГКМ изготовляют заготовки весом 0,1-100 кг. На ГКМ можно обеспечить высокое качество поковок за счет расположения волокон материала в наиболее выгодном направлении. Простые по форме заготовки при изготовлении на ГКМ можно получать без облоя, а сложные по форме заготовки - с небольшим облоем, не превышающим 1% веса заготовки. На ГКМ можно получать штампованные заготовки со сквозным отверстием и с глубокими глухими отверстиями. Штампованные заготовки можно получить из прутков и труб повышенной точности.

Штамповка на гидравлических, фрикционных и кривошипных прессах в автотракторной промышленности получила широкое применение. Штамповку на гидравлических прессах применяют для получения заготовок из легких и малопластичных сплавов, требующих небольших скоростей деформирования. Малая производительность гидравлических прессов вследствие их тихоходности повышает себестоимость штампованных заготовок по сравнению с себестоимостью штампованных заготовок, получаемых на прессах других типов.

Штамповка на фрикционных прессах применяется в мелкосерийном и серийном производстве для получения заготовок из стали преимущественно в одноручьевых штампах и для резки в двух ручьях и более, а также для точной штамповки сложных заготовок из цветных сплавов.

Наибольшее распространение в транспортной промышленности получила штамповка на кривошипных прессах. На этих прессах производятся почти все виды горячей штамповки заготовок весом до 100 кг. Постоянство режимов деформирования обеспечивает стабильность размеров и механических свойств штампованных заготовок. Производительность фрикционных и кривошипных прессов в 2-3 раза выше производительности молотов. На прессах можно штамповать заготовки выдавливанием (экструдирование), при котором обеспечиваются точная форма, размеры и повышаются механические свойства металла.

Заготовки также можно получать методом вальцовки. Вальцовкой называется процесс обработки металлов давлением, при котором деформирование заготовки происходит во вращающихся секторах-штампах, расположенных на рядках.

Холодная объемная штамповка. Одним из наиболее экономичных технологических процессов получения заготовок крепежных и других видов мелких деталей (винты, болты, ролики, шарики, толкатели клапанов и т. д.) в больших количествах является холодная объемная штамповка (высадка) на специальных холодно-высадочных прессах-автоматах. Производительность автомата - до 400 шт./мин. Исходным полуфабрикатом для изготовления болтов является бунт проволоки диаметром от десятых долей миллиметра до 10-15 мм или калиброванный пруток диаметром более 8 мм.

Холодная листовая штамповка Исходным материалом служат тонкие листы металла и ленты.

Операции холодной штамповки можно разделить на две группы.

• 1. Разделительные операции, посредством которых одна часть материала полностью или частично отделяется от другой: отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, подрезка, обрезка, зачистка и калибровка.
• 2. Формоизменяющие операции, посредством которых плоская или пространственная заготовка превращается в пространственную деталь заданной формы и размеров: гибка, отбортовка, вытяжка.

Холодное профильное волочение. Холодным волочением получают заготовки с малым поперечным сечением, обычно со сторонами или диаметром не более 25-30 мм. Этим методом получают мелкомодульные зубчатые колеса, храповые колеса, винты и детали любого сложного профиля.

Отклонения размеров поперечного сечения заготовки соответствуют 4-му классу точности, чистота поверхности 6-му классу. При многократном волочении достигается точность формы и размеров в поперечном сечении до 2-го класса и чистота поверхности у 8-го классов. Применение этого метода обеспечивает получение заготовки, механическая обработка которой производится только по ее торцам.

Контрольные вопросы:

• 1. Какие способы литья существуют?
• 2. Какие виды заготовок, полученные обработкой давлением, бывают?
• 3. Для чего необходим коэффициент съема металла?

Имея отработанный рабочий чертеж, технические требования, кото­рым должна отвечать готовая деталь, и зная количество деталей, подле­жащих изготовлению в единицу времени по неизменяемому чертежу, приступают к выбору экономичного вида полуфабриката (прокат, сталь­ные слитки, порошковые материалы и др.) и метода получения заготовки детали.

В одних случаях можно изготавливать заготовку, максимально при­ближающуюся по качественным показателям (размерам, форме, шерохо­ватости поверхности, механическим свойствам, химическому составу, качеству поверхностного слоя материала) к требованиям готовой детали, что сокращает потери, связанные с ее превращением в готовую деталь. Однако стоимость такого полуфабриката возрастает с увеличением сте­пени его приближения к требованиям готовой детали и повышением уровня самих)тих требований.

Другие полуфабрикаты или заготовки, отличающиеся меньшей сте­пенью приближения к требованиям готовой детали, стоят меньше, но требуют больших последующих расходов по их превращению в готовую деталь (например, путем обработки резанием).

Следовательно, из нескольких возможных вариантов превращения полуфабриката в готовую деталь необходимо использовать наиболее экономичный.

Вопрос о выборе полуфабриката и варианте превращения его в гото­вую деталь должен решаться на основе сравнения себестоимости детали при каждом из возможных вариантов. При одних и тех же требованиях к готовой детали себестоимость механической обработки обычно выше себестоимости получения заготовок. Чем дальше отстоят размеры и дру­гие показатели качества заготовок от требований к готовой детали, тем в большей степени возрастает себестоимость обработки заготовок резани­ем и потери материала; по мере приближения заготовок к требованиям готовой детали себестоимость их последующей обработки довольно бы­стрее снижается.

Современный прогресс в развитии и совершенствовании технологи­ческих процессов и средств порождает непрерывное со­кращение (при прочих равных условиях) себестоимости и повышение качества полуфабрикатов и заготовок.

Изложенное направление является одним из ведущих в развитии со­временной технологии машиностроения. Учитывая это, надо при выборе полуфабриката стремиться к получению полуфабриката, максимально приближающегося по качественным показателям к соответствующим показателям требований, предъявляемых к готовой детали. В связи с этим разрабатывают несколько вариантов процессов получения заготовки и выбирают тот, при котором получается наименьшая себестоимость.

Современное машиностроение выпускает широкую номенклатуру сортового и профильного материала, из которой для ряда деталей подби­рают необходимые полуфабрикаты.

Если для изготовления детали нельзя подобрать полуфабрикат, по­зволяющий превратить его сразу в готовую деталь, приходится выбирать другой вид полуфабриката, позволяющего превратить его сначала, с наи­меньшими потерями и расходами, в заготовку, приближающуюся по тре­бованиям к готовой детали, а затем в готовую деталь. В таких случаях в качестве полуфабриката используются металл в слитках, сортовой мате­риал в виде прутка, листа, ленты или проволоки для изготовления кова­ных, штампованных, сварных, редуцированных, высаженных, штампо - сварных, литейно-сварных и других видов заготовок.

Выбор методов получения заготовки. В современном машино­строении для получения заготовок деталей используется большое коли­чество разнообразных технологических процессов и их сочетаний. Ос­новными из этих процессов являются: 1) различные способы литья (в песочные формы, в опоки, кокильное, центробежное, по выплавляе­мым моделям, в оболочковые формы, под давлением, с использованием вакуума); 2) различные способы пластической деформации металлов (свободная ковка, ковка в подкладных штампах, штамповка на молотах и прессах, периодический и поперечный прокат, высадка, выдавливание); 3) резка; 4) сварка; 5) пайка; 6) комбинированные способы штамповки - сварки, литья-сварки и т. д.; 7) порошковая металлургия и др.

Выбор полуфабриката и разработка технологического процесса его превращения в готовую деталь дают наиболее высокие технико-эконо­мические показатели, если эти вопросы разрабатываются комплексно и одновременно с разработкой конструкции изделия и его деталей.

В результате совместной работы конструктора и технолога разраба­тывается оптимальный вариант и создается наиболее технологичная кон­струкция детали и изделия в целом. Главными факторами, влияющими на выбор метода получения заготовки, является конструкция детали, ее ма­териал, размеры и масса заготовки, количество выпуска деталей в едини­цу времени, стоимость полуфабриката, расход материала и себестои­мость превращения заготовки в готовую деталь и в итоге себестоимость заготовки.

В практике машиностроения нашли применение многочисленные методы получения заготовки, многие из которых с рекомендациями по их выбору приведены в работе . На выбор метода получения заготовки большое влияние оказывают конструкция детали, ее размеры и материал.

Корпусные детали. Корпусные детали отличаются большим разно­образием конструктивных форм, размеров, массы и материалов, исполь­зуемых для их изготовления. В настоящее время наиболее распростра­ненными технологическими процессами изготовления заготовок корпус­ных деталей являются литье, в меньшей степени - резка-гибка, сварка, штампо-сварка и литье-сварка.

Основные преимущества получения заготовок - относительно не­большие расходы на изготовление опок, приходящиеся на одну отливку; недостатки:

Невысокая точность отливок, являющаяся следствием использования деревянных моделей, увеличения размеров и искажения форм, получае­мых при "расталкивании" моделей перед их изъятием из форм;

Недостаточно высокая точность изготовления стержней и сборки форм;

Большие литейные уклоны, большая трудоемкость, длительный цикл формовки, искажения отливки вследствие неравномерного уплот­нения формы в различных ее частях.

Эти особенности ограничивают область экономичного использова­ния рассматриваемого способа литья производством единичных или из­готавливаемых в небольших количествах крупных деталей, а также заго­товок, которые не могут быть получены с помощью других способов. Примерами таких деталей могут служить станины, траверсы и стойки тяжелых станков, станины шестеренных клетей, корпусы редукторов, станины силовых лебедок, статоры, крышки гидротурбин и др.

При изготовлении отливок корпусных и других деталей в машино­строении используются процессы, значительно приближающие заготовки к требованиям, предъявляемым к готовым деталям. Основным из них является литье в оболочковые формы (оболочковые вставки), изготавли­ваемые из химически твердеющих смесей с жидким стеклом.

Достаточно широко для получения заготовок крупных деталей при­меняют комбинированный метод, когда заготовку делят на ряд простых частей, каждая из которых получается при помощи литья. Последующей сваркой отдельные части соединяются с образованием литейно-сварной заготовки детали.

Основными преимуществами рассмотренных способов получения заготовок является устранение расходов на изготовление дорогостоящих моделей, значительное сокращение цикла изготовления, экономия метал­ла и обычно меньшая трудоемкость изготовления. Многие ответственные сварные заготовки корпусных деталей сложных конструктивных форм требуют отжига для снижения остаточных напряжений, образующихся при сварке.

Несмотря на отмеченные недостатки, эти способы получения круп­ных заготовок находят достаточно широкое применение, особенно при изготовлении деталей больших габаритных размеров и массы, литье ко­торых целиком трудновыполнимо, требует много времени и связано с риском получения неисправимого брака.

Менее крупные заготовки детали получают с помощью литья в опо­ках (двух и более) с использованием ручной, пескометной и машинной формовок. Ручная формовка даже с использованием пневматических трамбовок и других средств механизации отличается малой производи­тельностью и получением отливок относительно невысокой точности. Поэтому она используется в основном при получении заготовок деталей, изготавливаемых единично или в малых количествах.

Машинная формовка по сравнению с ручной имеет преимущества: 1) более высокая точность форм при удалении из них моделей; 2) воз­можность уменьшения формовочных уклонов; 3) получение форм с большой прочностью и однородностью уплотнения вследствие механи­зации уплотнения; 4) меньшая трудоемкость формовки с использованием менее квалифицированного труда.

В результате применения машинной формовки отливки получаются более точными по размерам и геометрическим формам, с меньшими ко­лебаниями по массе.

Достаточно широкое применение находит получение заготовок кор­пусных деталей, столов, плит с помощью кокильного литья, при котором используется сочетание металлической формы с песчаным стержнем. Эко­номическая эффективность этого вида заготовок в значительной степени зависит от стоимости изготовления постоянных металлических форм.

Заготовки, полученные кокильным литьем, характеризуются точно­стью и правильностью геометрических форм (меньшими припусками на обработку и меньшими их колебаниями). Результатом являются экономия металла и сокращение трудоемкости механической обработки отливок.

Для изготовления литых заготовок мелких корпусных и ряда других деталей используется литье под давлением до 10 МПа и более.

Это позволяет сократить трудоемкость механической обработки от­ливок, получаемых литьем под давлением, на 80...85 % по сравнению с обычными литыми заготовками.

Для изготовления заготовок ряда корпусных и других деталей сред­них размеров используют штамповку, сварку, резку, гибку. Заготовки детали предварительно делят на несколько более простых частей. От­дельные части изготовляются из листового, ленточного, сортового или профильного материала путем резки, гибки, штамповки, затем соединяют сваркой, образуя заготовки деталей.

Основным преимуществом деталей, изготовленных из таких загото­вок, является наиболее полное использование свойств материалов, вслед­ствие чего достигается уменьшение массы деталей и отходов, и незначи­тельный цикл изготовления деталей по сравнению с литьем. Недостатком данного способа является необходимость отжига заготовок для снижения остаточных напряжений, возникающих при сварке с целью уменьшения деформации деталей.

Заготовки для валов. Использование в качестве заготовки круглого проката экономично только для изготовления гладких и ступенчатых ва­лов с небольшой разницей в диаметрах шеек, так как в противном случае получаются значительные отходы металла в стружку и затраты на обра­ботку резанием. Заготовки для многоступенчатых и коленчатых валов, изготовляемых единицами, получают при помощи свободной ковки, ко­вочными молотами и прессами.

Большее приближение заготовок к требованиям, предъявляемым к готовым деталям, достигается путем их штамповки в открытых и закры­тых штампах. Штампы делаются одноручьевыми и многоручьевыми.

Относительно высокая стоимость изготовления и содержания штам­пов, особенно многоручьевых, делает экономичным использование штамповки на штамповочных молотах при крупносерийном и массовом производстве валов и других подобных деталей.

Для изготовления в значительных количествах ряда валов неболь­ших габаритных размеров применяют экономичный способ получения заготовок на горизонтально-ковочных машинах. В качестве исходного полуфабриката для получения заготовок обычно используются круглые прутки, полученные прокаткой.

Значительного внимания и распространения заслуживает использо­вание поперечно-винтовой прокатки для получения заготовок многосту­пенчатых валиков, полуосей автомобилей и других деталей.

Литые заготовки применяются для получения валов прокатных ста­нов, шпинделей и пинолей ряда тяжелых станков и т. д. В зависимости от служебного назначения вала, его конструктивных особенностей и коли­честв, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемо­му чертежу, выбирают соответствующий метод получения литых заготовок.

Для получения более качественных литых заготовок пустотелых ва­лов используется центробежный способ литья, при котором заготовка получает требуемую форму путем использования центробежной силы расплавленного металла, создаваемой вращением изложницы вокруг ее оси. При этом внутренняя поверхность самой отливки всегда получается цилиндрической или в виде параболоида вращения (при вертикальной оси вращения изложницы).

Заготовки зубчатых колес. При изготовлении зубчатых колес не­большого диаметра (до 60...80 мм) с небольшой разницей диаметров зубчатого венца и ступицы считается экономичным использование в ка­честве заготовок калиброванных прутков материала.

Изготовление зубчатых колес диаметром больше 80 мм из прутка становится не экономичным из-за увеличения отходов металла и себе­стоимости изготовления. Для получения штучных заготовок с диаметром свыше 80 мм в зависимости от размеров, материала, конструктивных форм и потребного количества могут использоваться свободная ковка, штамповка в подкладных, открытых и закрытых штампах, на ковочных молотах и прессах, штамповочных. молотах и кривошипных прессах, на горизонтально-ковочных машинах.

С увеличением количества зубчатых колес, подлежащих изготовле­нию, становится экономичным использование штамповки в открытых штампах, осуществляемой на штамповочных молотах и прессах или на более производительных кривошипных прессах.

Штампованные заготовки, получаемые на штамповочных молотах, отличаются меньшими припусками на обработку и колебанием их вели­чин по сравнению с получаемыми свободной ковкой и в подкладных штампах.

С увеличением размеров зубчатых колес, изготовляемых единицами или в небольших количествах, можно использовать свободную ковку.

Заготовки деталей типа рычагов, шатунов, вилок, профильных стержней и т. п. При получении литых чугунных заготовок для перечис­ленных деталей в зависимости от их количества и размеров используется песчаная формовка, в опоках, ручная и машинная.

Заготовки ряда деталей, особенно сложных конструктивных форм и небольших габаритных размеров, экономично получать при помощи ли­тья по выплавляемым моделям. Заготовки мелких рычагов, собачек, ба - лочек, лопаток роторов газовых турбин и ряда других деталей отливают­ся этим способом даже при изготовлении небольших количеств заготовок.

Стальные заготовки рассматриваемых типов деталей получают сво­бодной ковкой при изготовлении единичных заготовок или нескольких их штук. С увеличением количества заготовок, подлежащих изготовле­нию по неизменяемому чертежу, становится экономичным использовать подкладные штампы для формообразования заготовки в целом, или от­дельных, более сложных ее частей (например, концов рычага).

При больших количествах заготовок, особенно в массовом произ­водстве, экономично использовать штамповку в открытых и тем более в закрытых штампах.

Дія получения заготовок, максимально приближающихся к требо­ваниям готовых деталей, используются калибровка и чеканка штампо­ванных заготовок. Практически при многократной чеканке достигается точность размеров по высоте заготовки до ± 25 мкм.

Заготовки мелких и крепежных деталей. Мелкие и крепежные дета­ли составляют большую номенклатуру самых разнообразных деталей. Примерами могут служить различного рода кулачки, угольники, тройни­ки, штуцеры, резьбовые втулки, болты, гайки, винты, шпильки, шурупы, шпонки. Мелкие детали изготовляются из различных металлов, сплавов, пластмасс и других материалов.

Группирование мелких деталей по служебному назначению, разме­рам, подобию конструктивных форм и техническим требованиям к этим деталям создает предпосылки для их группового изготовления. В таких случаях становится экономичным использование в качестве заготовок профильного материала. При отсутствии специального профильного про­ката материалы специального профиля экономично получать при помо­щи сравнительно простых приспособлений. Такие приспособления за­крепляются на протяжных или волочильных станах. Нагретый пруток материала стандартного профиля путем протягивания между роликами приспособления превращается в пруток специального профиля.

Одним из наиболее экономичных технологических процессов полу­чения заготовок крепежных и других видов мелких деталей, выпускае­мых в больших количествах, является их холодная высадка на специаль­ных холодно-выставочных автоматах.

Литература

1. Обоснование выбора заготовки

Оптимальный метод получения заготовки подбирают в зависимости от ряда факторов: материала детали, технических требований по ее изготовлению, объема и серийности выпуска, формы поверхностей и размеров деталей. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность и минимальную себестоимость считается оптимальным.

В машиностроении для получения заготовок наиболее широко применяют следующие методы:

обработку металлов давлением;

комбинации этих методов.

Каждый из вышеперечисленных методов содержит большое число способов получения заготовок.

В качестве метода получения заготовки принимаем обработку металла давлением. Выбор обоснован тем, что материалом детали является конструкционная сталь 40Х. Дополнительным фактором, определяющим выбор заготовки, является сложность конфигурации детали и тип производства (условно принимаем что деталь изготавливается в условиях серийного производства. Принимаем штамповку на горизонтально-ковочных машинах.

Данный тип штамповок позволяет получать заготовки минимальной массой 0,1 кг, 17-18 квалитета точности с шероховатостью 160-320 мкм в условиях мелкосерийного производства.

заготовка машиностроение маршрут деталь

2. Разработка маршрута обработки детали

Маршрут обработки детали:

Операция 005. Заготовительная. Штамповка на КГШП.

Заготовительный цех.

Операция 010. Фрезерная.

Сверлильно-фрезерно-расточной станок 2254ВМФ4.

.Фрезеровать плоскость, выдерживая размер 7.

2.Сверлить 2 отверстия D 12,5.

.Зенкеровать отверстие D 26,1.

.Зенкеровать отверстие D32.

.Зенкеровать отверстие D35,6.

.Развернуть отверстие D36.

.Зенковать фаску 0,5 х 450.

Операция 015. Токарная.

Токарно-винторезный 16К20.

.Подрезать торец, выдерживая размер 152.

2.Точить поверхность D37, выдерживая размер 116.

.Точить 2 фаски 2 х 450.

.Нарезать резьбу М30х2.

Операция 020. Фрезерная

Вертикально-фрезерный 6Р11.

.Фрезеровать поверхность, выдерживая размеры 20 и 94.

Операция 025. Вертикально-сверлильная.

Вертикально-сверлильный 2Н125.

Установ 1.

.Сверлить 2 отверстия D9.

2.Сверлиль отверстие D8,5.

.Нарезать резьбу К1/8/.

Установ 2.

.Сверлить отверстие D21.

.Сверлить отверстие D29.

Операция 030 Слесарная.

Притупить острые кромки.

Операция 035. Технический контроль.

3. Выбор технологического оборудования и инструмента

Для изготовления детали "Наконечник" подбираем следующие станки

1.Сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ и инструментальным магазином 2254ВМФ4;

2.Токарно-винторезный станок 16К20;

.Вертикально-фрезерный станок 6Р11;

.Вертикально-сверлильный станок 2Н125.

В качестве станочных приспособлений используем: для токарной-операции - 4-х кулачковый патрон, для остальных операций - специальные приспособления.

При изготовлении данной детали используется следующий режущий инструмент:

Сверло спиральное с коническим хвостовиком обычной точности, диаметром D = 8,5 мм. с нормальным хвостовиком, класса точности Б. Обозначение: 2301-0020 ГОСТ 10903-77.

Сверло спиральное с коническим хвостовиком обычной точности, диаметром D = 9 мм. с нормальным хвостовиком, класса точности Б. Обозначение: 2301-0023 ГОСТ 10903-77.

Сверло спиральное с коническим хвостовиком обычной точности, диаметром D = 12,5 мм. с нормальным хвостовиком, класса точности Б. Обозначение: 2301-0040 ГОСТ 10903-77.

Сверло спиральное с коническим хвостовиком обычной точности, диаметром D = 21 мм. с нормальным хвостовиком, класса точности Б. Обозначение: 2301-0073 ГОСТ 10903-77.

Сверло спиральное с коническим хвостовиком обычной точности, диаметром D = 29 мм. с нормальным хвостовиком, класса точности Б. Обозначение: 2301-0100 ГОСТ 10903-77.

Зенкер цельный с коническим хвостовиком из быстрорежущей стали, диаметром D = 26 мм. длиной 286 мм для обработки сквозного отверстия. Обозначение: 2323-2596 ГОСТ 12489-71.

Зенкер цельный с коническим хвостовиком из быстрорежущей стали, диаметром D = 32 мм. длиной 334 мм. для обработки глухого отверстия. Обозначение: 2323-0555 ГОСТ 12489-71.

Зенкер цельный с коническим хвостовиком из быстрорежущей стали, диаметром D = 35,6 мм. длиной 334 мм. для обработки глухого отверстия. Обозначение: 2323-0558 ГОСТ 12489-71.

Развертка машинная цельная с коническим хвостовиком D36 мм. длиной 325 мм. Обозначение: 2363-3502 ГОСТ 1672-82.

Зенковка коническая типа 10, диаметром D = 80 мм. с углом при вершине 90. Обозначение: Зенковка 2353-0126 ГОСТ 14953-80.

Резец правый проходной упорный отогнутый с углом в плане 90o типа 1, сечения 20 х 12. Обозначение: Резец 2101-0565 ГОСТ 18870-73.

Резец токарный резьбовой с пластинкой из быстрорежущей стали для метрической резьбы с шагом 3 типа 1, сечения 20 х 12.

Обозначение: 2660-2503 2 ГОСТ 18876-73.

Метчик машинный 2621-1509 ГОСТ 3266-81.

Для контроля размеров данной детали, применяем следующий мерительный инструмент:

Штангенциркуль ШЦ-I-125-0,1 ГОСТ 166-89;

Штангенциркуль ШЦ-II-400-0,05 ГОСТ 166-89.

Для контроля размера отверстия D36 используем калибр - пробку.

Набор образцов шероховатости 0,2 - 0,8 ШЦВ ГОСТ 9378 - 93.

4. Определение промежуточных припусков, допусков и размеров

4.1 Табличным методом на все поверхности

Необходимые припуски и допуски на обрабатываемые поверхности выбираем по ГОСТ 1855-55.

Припуски на механическую обработку детали "Наконечник"

Размер, мм. Шерохова-тость, мкм. Припуск, мм. Допуск на размер, ммРазмер с учетом припуска, мм. Ra 5Черновая 8 Получистовая 1,5 Чистовая 0,5Rа 6,3Черновая 3,0 Чистовая 3,037Rа 6,33152Rа 6,34,2

4.2 Аналитическим методом на один переход или на одну операцию

Расчет припусков аналитическим методом производим для поверхности Шероховатость Ra5.

Технологический маршрут обработки отверстия состоит из зенкерования, чернового и чистового развертывания

Технологический маршрут обработки отверстия состоит из зенкерования и чернового, чистового развертывания.

Расчет припусков производим по следующей формуле:

где R - высота неровностей профиля на предшествующем переходе;

Глубина дефектного слоя на предшествующем переходе;

Суммарные отклонения расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей, позиционное) на предшествующем переходе;

Погрешность установки на выполняемом переходе.

Высоту микронеровностей R и глубину дефектного слоя для каждого перехода находим в таблице методического пособия.

Суммарное значение, характеризующее качество поверхности штампованных заготовок составляет 800 мкм. R= 100 мкм; = 100 мкм; R= 20 мкм; = 20 мкм;

Суммарное значение пространственных отклонений оси обрабатываемого отверстия относительно оси центра определится по формуле:

где - смещение обрабатываемой поверхности относительно поверхности используемой в качестве технологической базы при зенкеровании отверстий, мкм

где - допуск на размер 20 мм. = 1200 мкм.

Допуск на размер 156,2 мм. = 1600 мм.

Величину коробления отверстия следует учитывать как в диаметральном, так и в осевом сечении.

где - величина удельного коробления для поковок. = 0,7, и L - диаметр и длина обрабатываемого отверстия. = 20 мм, L = 156,2 мм.

Величина остаточного пространственного отклонения после зенкерования:

Р2 = 0,05 Р = 0,05 1006 = 50 мкм.

Величина остаточного пространственного отклонения после чернового развертывания:

Р3 = 0,04 Р = 0,005 1006 = 4 мкм.

Величина остаточного пространственного отклонения после чистового развертывания:

Р4 = 0,002 Р = 0,002 1006 = 2 мкм.

При определении погрешности установки δУ на выполняемом переходе при определении промежуточного припуска требуется определить погрешность закрепления (погрешность базирования для тел вращения равна нулю). Погрешность закрепления заготовки при закреплении ее в призматическом зажиме: 150 мкм.

Остаточная погрешность при черновом развертывании:

0,05 ∙ 150 = 7 мкм.

Остаточная погрешность при чистовом развертывании:

0,04 ∙ 150 = 6 мкм.

Производим расчет минимальных значений межоперационных припусков: зенкерование.

Черновое развертывание:

Чистовое развертывание:

Наибольший предельный размер по переходам определяем последовательным вычитанием от чертежного размера минимального припуска каждого технологического перехода.

Наибольший диаметр детали: dР4 = 36,25 мм.

Для чистового развертывания: dР3 = 36,25 - 0,094 =36,156 мм.

Для чернового развертывания: dР2 = 35,156 - 0,501 = 35,655 мм.

Для зенкерования:

Значения допусков каждого технологического перехода и заготовки принимаем по таблицам в соответствии с квалитетом, используемого метода обработки.

Квалитет после чистового развертывания: ;

Квалитет после чернового развертывания: H12;

Квалитет после зенкерования: H14;

Квалитет заготовки: .

Наименьшие предельные размеры определяем вычетанием допусков от наибольших предельных размеров:

MIN4= 36,25 - 0,023 = 36,02 мм.MIN3 = 36,156 - 0,25 = 35,906 мм.MIN2 = 35,655 - 0,62 = 35,035 мм.MIN1 = 32,025 - 1,2 = 30,825 мм.

Максимальные предельные значения припусков ZПР. МАХ равны разности наименьших предельных размеров. А минимальные значения ZПР. МIN соответственно разности наибольших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

ПР. МIN3 = 35,655 - 32,025 = 3,63 мм.ПР. МIN2 = 36,156 - 35,655 = 0,501 мм.ПР. МIN1 = 36,25 - 36,156 = 0,094 мм.ПР. МAX3 = 35,035 - 30,825 = 4,21 мм.ПР. МAX2 = 35,906 - 35,035 = 0,871 мм.ПР. МAX1 = 36,02 - 35,906 = 0,114 мм.

Общие припуски ZО. МАХ и ZО. МIN определяем, суммируя промежуточные припуски.

О. МAX = 4,21 + 0,871 + 0,114 = 5, 195 мм.О. МIN = 3,63 + 0,501 + 0,094 = 4,221 мм.

Полученные данные сводим в результирующую таблицу.

Технологические переходы обработки поверхности Элементы припуска

Расчетный припуск , мкм. Допуск δ, мкмПредельный размер, мм. Предельные значения припусков, мкмRZhPЗаготовка8001006150120030,82532,025Зенкерование1001005072 ∙ 166562035,03535,65536304210Развертывание черновое2020462 ∙ 25025035,90636,156501871Развертывание чистовое2 ∙ 470,2336,0236,2594114Итого42255195

Окончательно получаем размеры:

Заготовки: dЗАГ. =;

После зенкерования: d2 = 35,035+0,62 мм.

После чернового развертывания: d3 = 35,906+0,25 мм.

После чистового развертывания: d4 = мм.

Диаметры режущих инструментов отображены в пункте 3.

5. Назначение режимов резания

5.1 Назначение режимов резания аналитическим методом на одну операцию

Фрезерная операция. Фрезеровать плоскость, выдерживая размер 7 мм.

а) Глубина резания. При фрезеровании торцевой фрезой глубина резания определяется в направлении параллельном оси фрезы и равна припуску на обработку. t =2,1 мм.

б) Ширина фрезерования определяется в направлении, перпендикулярном к оси фрезы. В = 68 мм.

в) Подача. При фрезеровании различают подачу на зуб, подачу на один оборот и подачу минутную.

где n - частота вращения фрезы, об/мин;- число зубьев фрезы.

При мощности станка N = 6,3 кВт S = 0,14.0,28 мм/зуб.

Принимаем S = 0,18 мм/зуб.

мм/об.

в) Скорость резания.

Где Т - период стойкости. В данном случае Т = 180 мин. - общий поправочный коэффициент

Коэффициент учитывающий обрабатываемый материал.

nV (8) НВ = 170; nV = 1,25 (1; с.262; табл.2)

1,25 =1,15

Коэффициент, учитывающий материал инструмента; = 1

(1; с.263; табл.5)

Коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; = 0,8 (1; с.263; табл.6)

V = 445; Q = 0,2; х = 0,15; y = 0,35; u = 0,2; P = 0; m = 0,32 (1; с.288; табл.39)

м/мин.

г) Частота вращения шпинделя.

(9) n об/мин.

Корректируем по паспорту станка: n = 400 об/мин.

мм/мин.

д) Фактическая скорость резания

м/мин.

е) Окружная сила.

где n = 0,3 (1; с.264; табл.) 0,3 = 0,97

СP =54,5; Х = 0,9; Y = 0,74; U = 1; Q = 1; W = 0.

5.2 Табличным методом на остальные операции

Назначение режимов резания табличным методом произоводится согласно справочнику режимов резания металлов. Полученные данные вносим в результирующую таблицу.

Режимы резания на все поверхности.

Наименование операции и переходаГабаритный размерГлубина резания, мм. Подача, мм/об. (мм/мин) Скорость резания, м/минЧастота вращения шпинделя, об/мин. D (B) LОперация 010 Фрезерная1. Фрезеровать поверхность, выдерживая размер 7 92502,11,44125,64002. Сверлить 2 отверстия 12,512,576,250,0815,74003. Зенкеровать отверстие 26,1. 26,11523,050,0820,492504. Зенкеровать отверстие 32. 321122,950,0825,122505. Зенкеровать отверстие 35,635,6921,80,0817,891606. Развернуть отверстие D3636920,020,0518,081607. Зенковать фаску 0,5 х 45o370,50, 250,129,05250Операция 015 Токарная1. Подрезать торец, выдерживая размер 15240-2,10,390,437202. Точить поверхность D37, выдерживая размер 11637361,50,255,84803. Нарезать резьбу М30х230402215,07160Операция 020 ФрезернаяФрезеровать поверхность, выдерживая размеры 20 и 94222021,44125,6400Операция 025 Вертикально-сверлильная1. Сверлить 2 отверстия 995,54,50,0811,34002. Сверлить отверстие 8,58,534,250,0810,74003. Сверлить отверстие 2121410,50,0410,551604. Сверлить отверстие 2929414,50,0414,6160

6. Компоновка станочного приспособления на одну из операций механической обработки

Проектируем станочное приспособление для вертикально-сверлильного и вертикально-фрезерных станков.

Приспособление представляет собой плиту (поз 1.) на которую с помощью штифтов (поз.8) и винтов (поз.7) монтируются 2 призмы (поз.10). Со стороны одной из призм расположен упор (поз.3) с расположенным в нем пальцем, служащим для базирования заготовки. Прижим детали обеспечивается за счет планки (поз 3), которая одним краем свободно вращается вокруг винта (поз.5), а в другой ее край, имеющий форму прорези, входит винт с последующим прижимом гайкой (поз.12).

Для фиксации приспособления на столе станка в теле плиты выполнены проушены и вмонтированы 2 шпонки (поз.13), служащие для центрования приспособления. Транспортировка осуществляется в ручную.

7. Расчет приспособления на точность механической обработки

При расчете точности приспособления необходимо определить допускаемую величину погрешности ε пр, для чего определяем все составляющие погрешности. (в качестве координирующего размера принимаем D29+0.28)

В общем случае погрешнось определяется по формуле:

где - допуск на координирующий размер. В данном случае Т = 0,28 мм;

Коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления: = 0,3…0,5; принимаем = 0,3;

Остальные значения формулы представляют собой совокупность погрешностей, определяемых ниже.

Погрешность базирования e б возникает при несовпадении измерительной и технологической баз. При обработке отверстия погрешность базирования равна нулю.

Погрешность закрепления заготовки εз возникает в результате действия сил зажима. Погрешность закрепления при использовании ручных винтовых зажимов равна 25 мкм.

Погрешность установки приспособления на станке зависит от зазоров между присоединительными элементами приспособления и станка, а также от неточности изготовления присоединительных элементов. Она равна зазору между Т-образным пазом стола и установочным элементом. В используемом приспособлении размер ширины паза равна 18H7 мм. Размер установочной шпонки 18h6. Предельные отклонения размеров и. Максимальный зазор и соответственно максимальная погрешность установки приспособления на станке = 0,029 мм.

Погрешность износа - погрешность, вызванная износом установочных элементов приспособлений, характеризующее отклонение заготовки от требуемого положения вследствие износа установочных элементов в направлении выполняемых размеров.

Приближенно износ установочных элементов может определяться по следующей формуле:

где U 0 - средний износ установочных элементов для чугунной заготовки при усилии зажима W = 10 кН и базовом числе установок N = 100000;

k 1, k 2, k 3, k 4 - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние на износ материала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установок заготовки, отличающиеся от принятых при определении U 0.

При установке на опорные гладкие пластины U 0 = 40 мкм.

k 1 = 0,95 (сталь незакаленная); k 2 = 1,25 (специальное); k 3 = 0,95 (лезвийная обработка стали с охлаждением); k 4 = 1,3 (до 40000 установок)

Геометрическая погрешность станка ε ст после чистовой обработке равна 10 мкм.

Погрешность настройки станка на размер ε н. ст зависит от типа обработки и выдерживаемого размера. В данном случае ε н. ст =10 мкм.

Определяем погрешность приспособления:

Суммарная погрешность обработки заготовки по координирующему размеру с использованием приспособления не должна превышать величину допуска Т на него, указанному в чертеже. Приведенное условие имеет вид:

где - статические погрешности, связанные с приспособлением, а также погрешности, в явном виде влияющие на точность изготовления приспособления.

Погрешности, зависящие от технологического процесса и в явном виде на точность изготовления приспособления не влияющие.

Значения погрешностей первой группы найдены выше.

Суммарная погрешность обработки, не зависящая от приспособления определяется как часть допуска на координирующий размер:

мкм. - Условие выполняется.

Литература

1. Справочник технолога машиностроения; - М.: "Машиностроение" под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещеряков; 2 тома; 2003 г.

Н.А. Нефедов, К.А. Осипов; Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту; - М.: "Машиностроение"; 1990 г.

Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко, М.А. Кудрявцев, В.Н. Евсеев, В.Н. Кузьминцев; Технология металлов и конструкционные материалы; - М.: "Машиностроение"; 2003 г.

А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред; Курсовое проектирование по технологии машиностроения; - М.: "Машиностроение"; 1995 г.

В.Д. Мягков; Допуски и посадки. Справочник; - М.: "Машиностроение"; 2002 г.

В.И. Яковлева; Общемашиностроительные нормативы режимов резания; 2-е издание; - М.: "Машиностроение"; 2000 г.

В.М. Виноградов; Технология машиностроения: введение в специальность; - М.: "Академия"; 2006 г.;

В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование черновых заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими возможность применения наиболее оптимальных способов их обработки, т. е. обработки с наибольшей производительностью и наименьшими отходами. Это направление требует непрерывного повышения точности заготовок и приближения их конструктивных форм и размеров к готовым деталям, что позволяет соответственно сократить объем обработки резанием, ограничивая ее в ряде случаев чистовыми, отделочными операциями.

Снижение трудоемкости механической обработки заготовок, достигаемое рациональным выбором способа их изготовления, обеспечивает рост производства на тех же производственных площадях без существенного увеличения оборудования и технологической оснастки. Наряду с этим рациональный выбор способов изготовления заготовок применительно к различным производственным условиям определяет степень механизации и автоматизации производства.

Машиностроение является крупнейшим потребителем металла. Так, в прошедшей пятилетке в машиностроении было использовано 40% от общего выпуска металлопроката и свыше 77% от общего выпуска чугуна, стали и цветных металлов, при этом около 53% массы металла отошло в отходы, в том числе и безвозвратные.

Учитывая существенное значение в технологии производства повышения качественных показателей изготовления заготовок, в «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года», утвержденных на XXVI съезде КПСС, указано на необходимость ускоренного развития специализированных мощностей по производству отливок и штамповок путем реконструкции на новой технической основе действующих и строительства новых литейных и кузнечно-штамповочных заводов и цехов, повышения качества и точности отливок и штамповок за счет внедрения в производство металлосберегающих (безотходных и малоотходных) технологических процессов.

Последовательное использование передовых технологических процессов изготовления заготовок обеспечит необходимую материальную базу для опережающего развития машиностроения, создаст предпосылки для коренного улучшения использования материалов при резком сокращении их потерь и отходов и доведении среднего коэффициента использования металлопередела до 0,59…0,6.

Выбор вида заготовки для дальнейшей механической обработки во многих случаях является одним из весьма важных вопросов разработки процесса изготовления детали. Правильный выбор заготовки - установление ее формы, размеров припусков на обработку, точности размеров (допусков) и твердости материала, т. е. параметров, зависящих от способа ее изготовления, - обычно весьма сильно влияет на число операций или переходов, трудоемкость и в итоге на себестоимость процесса изготовления детали. Вид заготовки в большинстве случаев в значительной степени определяет дальнейший процесс обработки.

Таким образом, разработка процесса изготовления детали может идти по двум принципиальным направлениям:

• получение заготовки, приближающейся по форме и размерам к готовой детали, когда на заготовительные цехи приходится как бы значительная доля трудоемкости изготовления детали и относительно меньшая доля приходится на механические цехи,
• получение грубой заготовки с большими припусками, когда на механические цехи приходится основная доля трудоемкости и себестоимости изготовления детали.

В зависимости от типа производства оказывается рациональным то или иное из указанных направлений или какое-либо промежуточное между ними. Первое направление соответствует, как правило, массовому и крупносерийному производству, так как дорогостоящее современное оборудование заготовительных цехов, обеспечивающее высокопроизводительные процессы получения точных заготовок, экономически оправдано лишь при большом объеме выпуска изделий. Второе направление типично для единичного или мелкосерийного производства, когда применение указанного дорогого оборудования в заготовительных цехах неэкономично. Не следует, однако, изложенное понимать так, что в пределах единичного и серийного производства не могут быть достигнуты целесообразные решения об удовлетворительном качестве заготовок. Наоборот, экономически целесообразное для всякого производства качество заготовок может быть всегда заранее предопределено при правильном подходе к их выбору, а, следовательно, и к установлению способа их изготовления.

Основными видами заготовок в зависимости от назначения деталей являются:

• отливки из черных и цветных металлов;
• заготовки из металлокерамики;
• кованые и штампованные заготовки;
• заготовки, штампованные из листового металла;
• заготовки из проката; сварные заготовки;

Отливки из черных и цветных металлов (рис. 36) выполняют различными способами. Для заготовок простых форм с плоской поверхностью в условиях единичного и мелкосерийного производства применяют литье в открытые земляные формы, для крупных заготовок - литье в закрытые формы. Ручную формовку в опоках по моделям или шаблонам применяют для мелких и средних отливок деталей, имеющих форму тел вращения. В настоящее время получает распространение литье в жидкие быстротвердеющие смеси. Этот способ исключает необходимость сушки форм в печах. В серийном н массовом производстве применяют машинную формовку по деревянным или металлическим моделям. Отливки сложной конфигурации изготовляют в формах, которые собирают из стержней по шаблонам и кондукторам.

Отливки сложных форм из труднообрабатываемых резанием сплавов изготовляют по выплавляемым моделям , при этом обеспечивается точность размеров по 12…11-му квалитетам и шероховатости поверхности R а =6,3…1,6 мкм. По выплавляемым моделям изготовляют отливки как из черных, так и из цветных сплавов, причем в производстве отливок из сплавов, заливка которых должна производиться в холодные формы, применяют сочетание литья по выплавляемым моделям и способа гипсовой формовки.

Точные отливки с небольшими припусками на механическую обработку получают при литье в оболочковые формы . Этот способ, широко распространенный в настоящее время, основан на свойстве термореактивной смолопесчаной смеси принимать форму подогретой металлической модели и образовывать плотную и быстротвердеющую оболочку. Этот способ литья расширяет возможности автоматизации. Отливки имеют точность размеров по 14…12-му квалитетам и шероховатость R а =0,4 мкм.

К прогрессивным способам изготовления литых заготовок относится способ литья в металлические формы (кокили), который исключает процесс формовки, обеспечивает благоприятные условия охлаждения, а также простоту удаления отливок из формы. Перспективно применение податливых металлических форм, изготовляемых из пакетов чистовой, стали, а также тонкостенных водоохлаждаемых форм, в которых рабочая полость изготовляется в виде сменной штамповки. Применение вакуумного отсасывания при кокильном литье расширяет область его использования для изготовления тонкостенных корпусных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, а заливка в открытую форму с последующим выжиманием при смыкании полуформ (метод книжной» формовки) позволяет получать крупногабаритные тонкостенные отливки.

Для изготовления отливок с мелкозернистой структурой металла и повышенными механическими свойствами применяют способ центробежного литья , который получил наибольшее распространение при изготовлении отливок деталей, имеющих форму тел вращения (втулок, груб и т. д.), с точностью по 12-му квалитету.

Для изготовления заготовок деталей сложной конфигурации успешно применяют способ литья под давлением . Прочность отливок, изготовленных этим способом, на 30% выше прочности отливок, изготовленных литьем в земляные формы. Этот способ широко применяют в серийном и массовом производстве при изготовлении небольших деталей сложной формы. Современные автоматы для литья под давлением отливок массой до 300 г обеспечивают производительность до 6000…8000 отливок в час. Шероховатость поверхности заготовок R а =2,5…0,32 мкм.

Заготовки из металлокерамики изготовляют из порошков, различных металлов или из смеси их с порошками, например, графита, кремнезема, асбеста и др. Этот вид заготовок применяют для производства деталей, которые не могут быть изготовлены другими методами - из тугоплавких элементов (вольфрама, молибдена, магнитных материалов и пр.), из металлов, не образующих сплавов, из материалов, состоящих из смеси металла с неметаллами (медь - графит), и из пористых материалов.

Способ получения металлокерамических материалов основан на прессовании тонких металлических порошков в требуемой смеси в пресс-формах под давлением 100…600 МПа и последующем спекании при температуре немного ниже температуры плавления основного компонента. Этот способ носит название порошковой металлургии, и с его помощью изготовляют подшипники скольжения (с антифрикционными свойствами ), тормозные диски (с фрикционными свойствами ), самосмазывающиеся втулки, в которых поры на 20…30% объема под давлением заполняются смазкой (пористые), а также детали для электро- и радиотехнической промышленности (магниты). Достоинством порошковой металлургии также является возможность изготовления деталей, не требующих последующей механической обработки.

Кованые и штампованные заготовки (рис. 37) изготовляют различными способами, технологические характеристики которых приведены в табл. 5.

Так, для получения заготовок деталей в единичном и мелкосерийном производстве применяют ковочные молоты и гидравлические ковочные прессы. Заготовки характеризуются сравнительно грубым приближением к форме готовой детали и требуют больших затрат на последующую механическую обработку.

Для большего приближения формы заготовки к форме готовой детали в мелкосерийном производстве применяют подкладные штампы . Заготовку, предварительно выполненную свободной ковкой с помощью универсального кузнечного инструмента, помещают в подкладной штамп, где она принимает форму, более близкую к форме готовой детали.

В серийном и массовом производстве заготовки изготовляют на штамповочных молотах и прессах в открытых и закрытых штампах. В первом случае образуется облой, т. е. отход лишнего металла в результате истечения; облой компенсирует неточность в массе исходной заготовки. Во втором случае облой отсутствует, следовательно, расход металла на заготовку меньше. Технологическими процессами, интенсифицирующими технологию штамповки, являются: штамповка заготовок из центробежных отливок и отливок в кокиль, штамповка методом выдавливания в обычных закрытых и разъемных штампах, безоблойная штамповка, штамповка из периодического проката, объемная штамповка из заготовок, полученных непрерывной разливкой стали.

Штамповка заготовок, отлитых методами центробежного и кокильного литья , предназначается для изготовления заготовок типа пустотелых цилиндров, минуя процессы разливки стали в слитки и последующую их прокатку и расковку. При этом процессе заготовки для последующей штамповки или раскатки отливаются на центробежной машине, а затем в горячем виде (при t=1250…1300°С) извлекаются из кокиля или центробежной машины.

Метод выдавливания особенно эффективен при совмещении его с индукционным нагревом для изготовления таких крупных заготовок, как валы, валки, роторы и т. п.

Значительно большую экономию металла можно получить при внедрении прогрессивных технологических процессов штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах, штамповки (горячего выдавливания) в цельных и разъемных матрицах, малоотходной штамповки (безоблойной и с противодавлением). Горячее выдавливание является эффективным процессом получения штамповок разнообразной конфигурации, чаще всего в виде стержней с фланцами различной формы, деталей с отростками и т. п., причем выдавливание как операция горячей штамповки часто применяется в качестве заготовительной операции для распределения металла в соответствии с формой детали, благодаря чему сокращаются отходы в облой. Еще более эффективна разновидность технологической схемы выдавливания - штамповка выдавливанием в разъемных матрицах . Наличие второй линии разъема позволяет получать поковки с отростками и поднутрениями, близкими к конфигурации детали. Сущность процесса малоотходной штамповки заключается в получении точных заготовок (преимущественно тел вращения) без облоя в закрытых штампах. Избыток металла (неизбежный при существующих способах резки заготовок) отводится в специальные полости штампа. Одной из разновидностей процесса является штамповка шестерен в штампах с клиновой облойной канавкой.

Существенным фактором экономии проката является применение для ковки и объемной штамповки заготовок, полученных непрерывной разливкой стали, не требующих высокой степени укова; причем эти заготовки без предварительной прокатки можно штамповать.

Из других прогрессивных технологических процессов, внедрение которых обеспечивает более эффективное использование металла, относится вальцовка заготовок на ковочных вальцах , в том числе многоклетьевых и автоматизированных, на которых заготовка требуемого переменного сечения может быть получена за один проход; радиальное обжатие (редуцирование), осуществляемое как в горячем, так и в холодном состоянии; раскатка, применение периодического проката для предварительного формообразования заготовок под штамповку.

Одним из способов производства заготовок из отливок является метод виброштамповки . Преимуществом метода является создание лучших условий деформирования в связи с уменьшением внешнего трения и скорости деформации. Штамповка может осуществляться в одно- и многоручьевых штампах; мелкие заготовки штампуют в многоштучных штампах.

Для получения заготовок из пруткового материала высадкой используют горизонтально-ковочные машины. Этот способ производителен и экономичен. Фасонные, а также пустотелые заготовки цилиндрической формы штампуют на гидравлических прессах. Пустотелые заготовки изготовляют прошивкой отверстия с последующей протяжкой через кольцо или высадкой, а болты, заклепки и подобные детали – на фрикционных винтовых прессах в специальных сборных штампах с разъемными матрицами. При штамповке на фрикционных прессах достигаются высокая точность изготовленных заготовок, уменьшение расхода материала и высокая производительность. Так, при изготовлении заклепок производительность прессов составляет до 1000 шт. в час.

Для изготовления заклепок и других подобных деталей в массовом производстве применяют также холодновысадочные пресс-автоматы. Производительность этих прессов составляет 400 шт. в минуту и более. Опали, полученные холодной высадкой из калиброванного проката, сличаются большой точностью (8-й квалитет). Для получения заготово к периодического профиля или для вытяжки металла в продольном и поперечном сечениях используют ковочные вальцы . Профиль переменного сечения получают, пропуская заготовку через ручей вальцов, сложный профиль - пропуская заготовку через несколько профилированных ручьев.

Точность размеров и шероховатость поверхностей штампованных заготовок повышают холодной калибровкой и плоскостным или объемным проглаживанием (чеканкой). Плоскостную чеканку применяют для небольших участков заготовок, а объемную - для заготовок небольшого размера. Заготовки можно чеканить и в горячем состоянии, однако точность горячей чеканки ниже, чем холодной. Горячую чеканку применяют преимущественно для крупных штампованных готовок.

Штамповкой заготовок из листового металла можно получать изделия простой и сложной конфигурации: шайбы, втулки, сепараторы подшипников качения, баки, кабины автомобилей и т. д. Для этих изделий характерна почти одинаковая толщина стенок, мало отличающаяся от толщины исходного материала (рис. 38).

Холодной листовой штамповкой могут быть получены заготовки на низкоуглеродистой стали, пластичной легированной стали, меди, латуни (с содержанием меди более 60% ), алюминия и некоторых его сплавов, а также из других пластичных листовых материалов толщиной от десятых долей миллиметра до 6…8 мм. Заготовки, получаемые из листа холодной штамповкой, отличаются высокой точностью размеров, во многих случаях не нуждаются в последующей механической обработке и поступают непосредственно на сборку.

Горячей листовой штамповкой могут быть получены заготовки из материала толщиной свыше 8…10 мм, а при низкой пластичности - из материала меньших толщин для изготовления деталей корпусов кораблей, цистерн, котлов, химических машин, аппаратов и др.

Совершенствование технологических процессов листоштамповочного производства в целях более эффективного использования листового проката осуществляется в трех направлениях: замена листа широким рулоном, применение листа без припусков и положительных допусков на габариты и всемерная замена штампованных деталей деталями, изготовленными из гнутых профилей.

Дальнейшее развитие процессов холодной листовой штамповки основывается на применении целевого, комбинированного и универсального оборудования с использованием специальной оснастки, а именно: универсальных блоков для пакетных штампов, электромагнитных блоков для пластинчатых штампов, универсальных штампов для геометрически подобных деталей и для штамповки по элементам, пинцетных штампов для вырубки крупногабаритных деталей и для групповой штамповки, штампов с использованием резины, жидкости и другой эластичной среды и упрощенных штампов (ленточных, литых, пластмассовых, с использованием бетона, дерева и т. д.).

При изготовлении крупногабаритных листовых деталей в настоящее время широко применяют беспрессовую штамповку, называемую гидравлической вытяжкой и основанную на использовании статического гидравлического давления, электрогидравлического эффекта и энергии подводного взрыва взрывчатых веществ. Гидравлическая вытяжка может быть использована для формообразования деталей из алюминиевых сплавов толщиной до 5 мм и стали толщиной до 3 мм. Высокое давление порядка 20…25 МПа передается либо непосредственно жидкостью, либо посредством резиновой диафрагмы или мешка. Гидравлическая вытяжка отличается более равномерным распределением напряжений в металле, чем при вытяжке пуансонами, и создает более благоприятные условия для формообразования с меньшими утонениями в процессе вытяжки.

К процессам холодной обработки давлением относятся холодная высадка и объемная штамповка выдавливанием . Высадку применяют для образования местных утолщений требуемой формы путем перераспределения и перемещения объема металла. Выдавливание применяют для изготовления полых деталей, деталей меньшей площадью поперечного сечения из толстой заготовки за счет истечения металла в зазор между матрицей и инструментом. В зависимости от направления перемещения металла по отношению к инструменту различают три шин выдавливания: прямое - металл течет в направлении рабочего движения инструмента, обратное - обратно рабочему движению и комбинированное - сочетание прямого и обратного видов. Прямое выдавливание применяют для изготовления сплошных деталей, а иноке пустотелых деталей типа гильз и труб. Обратное выдавливание применяют исключительно для получения пустотелых деталей. Комбинированное-для изготовления деталей сложной формы: с фигурным дном, с дном, имеющим отростки, с дном, расположенным внутри полой детали, и т. п.

Для формообразования, калибровки, отделки поверхности деталей машин и их упрочнения при обработке давлением в холодном состоянии применяют процессы бесштамповочной обработки, основанные на пластической деформации металлов. К ним относятся накатка шестерен, шлиц и резьб, накатка и раскатка поверхностей шариками п роликами. Эти способы позволяют осуществить размерно-чистовую обработку , улучшить микрогеометрию поверхностей, в ряде случаев упразднив отделочную обработку.

Находит применение также метод обкатки роликами (гидроспининг), успешно заменяющий не только обработку резанием и давильные работы, но и вытяжку. Этот способ заключается в постепенном обжатии роликами листовой, штампованной или литой заготовки, полученной на принудительно вращающейся оправке. Большие давления на ролики, достигающие 25 МПа, создаваемые гидравлическим приводом, позволяют весьма производительно обжимать полые детали цилиндрической, конической н параболической форм, получать летали сложной конфигурации с большим перепадом сечений с точностью в пределах 11-го квалитета и шероховатостью поверхности R а = 0,8…0,4 мкм.

Все операции листовой штамповки можно разделить на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, зачистка), в ходе которых одну часть заготовки отделяют от другой, и формоизменяющие (гибка, вытяжка, обжим, отбортовка, рельефная формовка, формовка), в которых одна часть заготовки перемещается относительно другой без разрушения заготовки (в пределах пластических деформаций).

Исходный толстый лист разделяют на мерные заготовки преимущественно газовой резкой.

Тонкие листы разделяют на заготовки обычно отрезкой на гильотинных и дисковых ножницах.

Горячую листовую штамповку производят преимущественно на гидравлических листоштамповочных и фрикционных винтовых прессах, реже - на кривошипных листоштамповочных прессах. Из специального оборудования для обработки листов в горячем состоянии следует отметить трех- и четырехвалковые гибочные вальцы, предназначенные для гибки листа в обечайку реверсивным прокатыванием листа между постепенно сближающимися валками.

Нагрев перед штамповкой ведут обычно в пламенных камерных печах периодического действия или в методических печах непрерывного действия. Прогрессивен индукционный электронагрев, при котором продолжительность процесса сокращается в 5…6 раз, а толщина слоя окалины уменьшается в 2…3 раза по сравнению со слоем окалины, полученным в пламенных печах. Резко повышается точность штамповки, создаются возможности автоматизации процесса, значительно улучшаются условия труда в прессовых (кузнечно-штамповочных) цехах.

Заготовки из круглого проката для валов в большинстве случаев более целесообразны, чем кованые или штампованные заготовки. Однако если масса заготовки из проката превышает массу штамповки более чем на 15%, лучше применять штампованные заготовки.

Изготовление заготовок из труб также является одним из рациональных способов. Несмотря на то, что тонна горячего проката стоит в среднем в 1,5 раза меньше, чем тонна труб, тем не менее экономия металла при производстве деталей из труб по сравнению с изготовлением из круглого проката может покрыть разницу в стоимости. Исключение может быть сделано только для деталей, которые подвергают дальнейшей неоднократной обработке (сверлению, фрезерованию и др.), и, если коэффициент использования материала ниже 0,5.

Максимального подобия конструктивных форм и размеров заготовок готовым деталям можно достигнуть применением специальных профилей металла. Применение периодического проката , т. е. проката с максимальным подобием заготовки и детали, обеспечивает повышение коэффициента использования металла при штамповке в среднем на 10…15% благодаря сокращению потерь на облой, содействуя одновременно повышению производительности труда как в заготовительных, так и в механообрабатывающих цехах. На рис. 39 приведены схемы периодической прокатки различных заготовок: распределительного вала (α); шаров, изготовленных методом поперечной раскатки (б). В приведенном примере масса заготовок из обычных профилей: распределительного вала - 7,95 кг и шаров 300 мм - 0,164 кг, а при использовании периодического проката - соответственно 6,32 и 0,125 кг, что составляет экономию металла 13 и 24%.

Из готового профильного проката заготовки изготовляют преимущественно в массовом производстве. Во многих случаях этот способ не требует применения механической обработки или ограничивает ее отделочными операциями.

Сварные заготовки позволяют получать изделия такой конфигурации, которая обычно получается в результате литья или обработки резанием. В современном машиностроении часто применяют штампосварные заготовки (рис. 40). Замена деталей, полученных из отливок и изготовленных обработкой резанием, штампосварными значительно снижает себестоимость.

Наряду со штампосварными применяют также и сварно-литые заготовки , например, при изготовлении заготовок для корпусных деталей, отличающихся большим разнообразием конструктивных форм, размеров, массы и материалов. Заготовку делят на ряд простейших частей, получаемых литьем, а затем соединяют их сваркой. Так изготовляют траверсы прессов, статоры турбин, станины станков и др. Этот вид заготовок резко снижает трудоемкость изготовления и металлоемкость изделия.

Применяют также заготовки из штампованных и литых частей, соединенных сваркой.

Заготовки из неметаллических материалов . К неметаллическим материалам, широко применяемым в машиностроении, относятся: пластические массы, древесина, резина, бумага, асбест, текстиль, кожа и др. Неметаллические материалы, обеспечивая необходимую прочность при небольшой массе изготовляемых из них деталей, придают деталям необходимые свойства: химическую устойчивость (к воздействию растворителей), водо-, газо- и паронепроницаемость, высокие изоляционные свойства и др.

Пластическими массами называют материалы, которые на определенной стадии их производства приобретают пластичность, т. е. способность под воздействием давления принимать соответствующую форму и в дальнейшем сохранять ее. В зависимости от химических свойств исходных смолообразных веществ пластические массы, получаемые на их основе, делят на две основные группы:

• термореактивные пластические массы на основе термореактивных смол, отличающиеся тем, что при действии повышенных температур они претерпевают ряд химических изменений и превращаются в неплавкие и практически нерастворимые продукты;
• термопластичные массы (термопласты), получаемые на основе термопластичных смол и отличающиеся тем, что при нагревании они размягчаются, сохраняя плавкость, растворимость и способность к повторному формованию.

Разнообразие физико-химических и механических свойств и простота переработки в изделия обусловливают широкое применение различных видов пластических масс в машиностроении и других отраслях народного хозяйства. Сравнительно небольшая плотность (1000…2000 кг/м3), значительная механическая прочность и высокие фрикционные свойства позволяют в ряде случаев применять пластические массы в качестве заменителей, например, цветных металлов и их сплавов - бронзы, свинца, олова, баббита и т. п., а при наличии некоторых специальных свойств (например, коррозионная стойкость) пластмассы можно использовать и в качестве заменителей черных металлов. Высокие электроизоляционные свойства способствуют применению пластических масс в электро- и радиопромышленности в качестве заменителей таких материалов, как фарфор, эбонит, шеллак, слюда, натуральный каучук и многие другие. Хорошая химическая стойкость при воздействии растворителей и некоторых окислителей, водостойкость, газо- и паронепроницаемость позволяют применять пластические массы как технически важные материалы в автотракторной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Детали из пластических масс получают прессованием, литьем под давлением и литьем в формы. Наиболее распространенным способом получения деталей из пластических масс является способ горячего прессования при необходимом давлении и температуре. В качестве основного оборудования для прессования пластмасс обычно применяют гидравлические прессы. Однако в некоторых случаях можно применять и другие типы прессов, например фрикционные, винтовые. Прессование производят в металлических пресс-формах, устанавливаемых на прессах. Пресс-формы являются основным видом оснастки в производстве изделий из пластических масс. Во время прессования пресс-формы находятся в очень неблагоприятных эксплуатационных условиях. Они воспринимают многократные силовые нагрузки (давление пресса достигает 20…30 МПа, а иногда 60…80 МПа), систематическое воздействие высоких температур (до 190°С) и агрессивное коррозионное воздействие выделяющихся в процессе прессования продуктов химических превращений.

Важным промышленным способом производства деталей из пластмасс является способ литья под давлением . Он во многом сходен со способом литья под давлением металлов. Сущность его заключается в следующем: в загрузочные приспособления специальных машин помещают пластическую массу, затем подают их в обогревающее устройство, где пластмасса расплавляется и под действием поршня (плунжера), передающего давление, впрыскивается в пресс-форму. Машины для литья под давлением пластмасс высокопроизводительны: до 12…16 тыс. шт. за смену. Этим способом можно изготовлять различные детали со сложными резьбами и профилями, тонкостенные детали и т. п. Литье в формы применяют в тех случаях, когда детали изготовляют из связующего без наполнителя. Этот способ применяют также для получения различных литых деталей из термореактивных пластмасс, например, литого карболита, неолейкорита, литого резита, а также из термопластичных материалов - органического стекла, полистирола и др.

Детали из слоистых пластиков широко распространены в машиностроении. Например, текстолитовые зубчатые колеса отличаются от металлических бесшумностью работы и устойчивостью против влияния различных агрессивных сред. В ряде случаев текстолитовые зубчатые колеса почти совсем вытеснили зубчатые колеса из цветных металлов. Их применяют для передачи вращения от электродвигателей в быстроходных металлообрабатывающих станках, устанавливают на распределительных валах двигателей внутреннего сгорания. В химической промышленности текстолитовые зубчатые колеса применяют в различных аппаратах и приборах, где они гораздо лучше, чем зубчатые колеса из бронзы и латуни, сопротивляются различным агрессивным воздействиям. Помимо зубчатых колес из текстолита изготовляют ролики, кольца и т. п.

Древесина различных пород, являющаяся сравнительно дешевым материалом, применяется во многих отраслях современного машиностроения. Например, в сельскохозяйственном машиностроении и автотракторостроении используется древесина сосны, ели, кавказской пихты, лиственницы, дуба, бука, ясеня, березы, клена, граба, ильмы, вяза. Из древесины твердых лиственных пород и лиственницы изготовляют ответственные детали сельскохозяйственных машин, подвергающиеся большим нагрузкам.

Древесные материалы применяют в машиностроении как конструкционные материалы, главным образом в виде шпона, клееной фанеры, пельнопрессованной древесины и древесных пластиков.

Для повышения устойчивости древесины против гниения ее специально обрабатывают: сушат на воздухе и в специальных сушильных камерах, а также пропитывают медным купоросом, хлористым цинком или креозотом и окрашивают.

Из древесных материалов методами холодного и горячего гнутья можно получать изделия сложной криволинейной формы. Метод холодного гнутья заключается в том, что на шаблоне выгибают и запрессовывают заготовку в виде набора тонких деревянных пластинок, покрытых клеем, без подогрева. При горячем гнутье заготовку предварительно проваривают или пропаривают, вследствие чего она приобретает пластичность, затем выгибают на шаблоне и в таком положении зажимают и помещают в сушильную камеру.

Наряду с обычной древесиной (так называемым массивом) в машиностроении применяют фанеру и слоистые древесные материалы. Фанера представляет собой листовой материал, изготовленный путем склеивания между собой нескольких тонких деревянных листов (шпона). Для изготовления нагруженных деталей применяют многослойную, или плиточную, фанеру толщиной 25…30 мм.

Тонкие листы (шпон), пропитанные специальными смолами и подвергнутые горячему прессованию, образуют так называемые древесно-слоистые пластики , широко применяемые в текстильном и электротехническом машиностроении, а также в качестве заменителя подшипников из цветных металлов в гидравлических машинах, механизмах, работающих в абразивной среде.

Механическую обработку изделий из древесины производят на металлорежущих и деревообрабатывающих станках.

Выбор метода и способа получения заготовки Необходимость экономии материальных ресурсов предъявляет высокие требования к рациональному выбору заготовок, к уровню их технологичности, в значительной мере определяющей затраты на технологическую подготовку производства, себестоимость, надёжность и долговечность изделий. Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить рациональный технологический процесс её получения с учётом материала детали, требований к точности её изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска. Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Это многообразие, с одной стороны, позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики машин за счёт использования свойств исходного материала, с другой – создаёт трудности при выборе рационального, экономичного способа получения детали. Особенно важно правильно выбрать вид заготовки, назначить наиболее рациональный технологический процесс её изготовления в условиях автоматизированного производства, когда размеры детали при механической обработке получаются «автоматически» на предварительно настроенных агрегатных станках или станках с числовым программным управлением (ЧПУ). В этом случае недостаточные припуски так же вредны, как и излишние, а неравномерная твёрдость материала или большие уклоны на заготовке могут вызвать значительные колебания в допусках размеров готовой детали. Поэтому очень важен экономически и технологически обоснованный выбор вида заготовки для данного производства. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства. Заданные конструктором геометрия, размеры и марка материала детали во многом определяют технологию изготовления. Таким образом, выбор вида заготовки происходит в процессе конструирования, так как при расчёте деталей на прочность, износостойкость или при учете других показателей эксплуатационных характеристик конструктор исходит из физико-механических свойств применяемого материала с учётом влияния способа получения заготовки. Факторы, влияющие на себестоимость производства в машиностроении, делятся на три группы: 1-я группа – конструктивные факторы, т.е. конструктивное решение самой детали, обеспечивающее приемлемость её для изготовления обработкой давлением, литьем, сваркой; выбор марки материала и технологических условий; 2-я группа – производственные факторы, т.е. характер и культура производства, технологическая оснащенность, организационные и технологические уровни производства; 3-я группа – технологические факторы, характеризующие способ формообразования заготовок, выбор самой заготовки, оборудования и технологического процесса получения детали. То, насколько полно в заготовке учтено влияние факторов первой и второй групп, позволяет судить о технологичности заготовки. Под технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает долговечность и надежность работы детали при эксплуатации. Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость, трудоемкость и материалоемкость. Третья группа факторов важна, когда детали могут быть получены одним или несколькими способами литья или обработки давлением, например, фланцы, тройники, шестерни. Однако при литье структура металла, а следовательно, и механические свойства, ниже, чем при обработке металлов давлением. Также, особенно при литье в кокиль или под давлением, выше вероятность возникновения литейных напряжений и наличия пористости. При штамповке, создавая направленную структуру, можно увеличить эксплуатационные свойства детали. В то же время заданный параметр шероховатости поверхности и точность размеров могут быть обеспечены в обоих случаях. Таким образом, при выборе способов получения заготовки в первую очередь следует учитывать основные факторы (себестоимость и требования к качеству), ориентироваться на то, что в конкретном случае является определяющим. В качестве другого примера можно рассмотреть крупногабаритные детали значительной массы, требующие для своего изготовления уникального оборудования большой мощности. Такие детали целесообразно изготавливать сварными. Это позволяет сократить длительность цикла изготовления, повысить качество металла за счет применения слитков меньшей массы с меньшим количеством литейных дефектов, но при этом уменьшается коэффициент использования металла, увеличивается трудоемкость. Оптимальное решение при выборе заготовок может быть найдено только при условии комплексного анализа влияния на себестоимость всех факторов, при обязательном условии положительного влияния способа получения заготовки на качество изделия. В себестоимости изготовления детали значительную долю составляют затраты на материал (около 60 %). Поэтому пути снижения себестоимости целесообразно искать в снижении расхода материала. Технологичность детали с определенной степенью приближения оценивается следующими показателями: – коэффициент выхода годного () ; – весовой точности () ; – использования металла (). – характеризует расход металла в заготовительном цехе, размер брака, технологических отходов, определяется по формуле: где: – масса исходного металла; – масса заготавливаемого металла. – отражает степень приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали, т.е. характеризует объем механической обработки, определяется по формуле: где: – масса готовой детали. – отражает общий расход металла на изготавливаемую деталь, определяется по формуле: ^ Общие принципы выбора заготовки Наиболее широко для получения заготовок в машиностроении применяют следующие методы: литье, обработка металла давлением и сварка, а также комбинация этих методов. Каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок. ^ Метод – это группа технологических процессов, в основе которых лежит единый принцип формообразования. Литье – получение заготовок путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки. ^ Обработка давлением – технологические процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла. Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов и сплавов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок. При выборе метода необходимо ориентироваться в первую очередь на материал и требования к нему с точки зрения обеспечения служебных свойств изделия (литье – чугун, стали с обозначением Л). Особо ответственные детали, к которым предъявляются высокие требования по размеру зерна, направлению волокон, а также по уровню механических свойств, всегда следует изготавливать из заготовок, полученной обработкой давлением. Выбор способа получения заготовки сложная задача. Способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим высокое качество детали, производительным, нетрудоемким. Основные факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки. Характер производства . Для мелкосерийного и единичного производства характерно использование в качестве заготовок горячекатаного проката, отливок, полученных в песчано-глинистых формах, поковок, полученных ковкой. Это обуславливает большие припуски, значительный объем последующей механической обработки, повышение трудоемкости. В условиях крупносерийного и массового производств рентабельны способы получения заготовок: горячая объемная штамповка; литье в кокиль, под давлением, в оболочковые формы по выплавляемым моделям. Применение этих способов позволяет значительно сократить припуски, снизить трудоемкость изготовления детали. Повышение точности формообразующих процессов, выбор наиболее точных и прогрессивных способов получения заготовок на базе увеличения серийности производства является одним из важнейших резервов повышения технического уровня производства. Материалы и требования, предъявляемые к качеству детали Материалы должны обладать необходимым запасом определенных технологических свойств – ковкостью, штампуемостью, жидкотекучестью, свариваемостью, обрабатываемостью. Для деформируемых материалов необходимым технологическим свойством является технологическая пластичность. Особо жесткие требования по технологической пластичности предъявляются к сплавам, из которых детали получают холодной обработкой давлением – выдавливанием, вытяжкой, гибкой, формовкой. Если металл обладает низкой жидкотекучестью, высокой склонностью к усадке, то не рекомендуется применять литье в кокиль, под давлением, так как из-за низкой податливости металлической формы могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки, трещины. Целесообразно применять оболочковое литье и литье в песчано-глинистые формы. Для ответственных, тяжело нагруженных деталей (валы, шестерни, зубатые колеса), для которых предъявляются определенные требования к качеству металла и к физико-механическим свойствам – целесообразно использовать поковки, так как в процессе деформирования создается мелкозернистая, направленная волокнистая структура, значительно повышающая физико-механические свойства материала. Размеры, масса и конфигурация детали. Удельная стоимость отливок и поковок растет с уменьшением их массы. Закономерность общая для всех способов получения заготовок и деталей, так как трудоемкость формообразования определяют общей площадью поверхностей, подлежащих обработке. Размеры детали часто играют решающую роль. При литье по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением размеры отливки ограничены технологическими возможностями оборудования и инструмента. Способом горячей объемной штамповки возможно получение поковок до 1000 кг. ^ Качество поверхности заготовок, обеспечение заданной точности. Использование точных способов обеспечивает достаточную чистоту поверхности и высокую точность заготовок. Совершенствование ковки и штамповки обеспечивают параметры шероховатости и точность размеров, соответствующих механической обработке и даже финишных операций. Калибровка, холодное выдавливание обеспечивают получение готовых деталей (заклепки, гайки, болты). ^ Возможности имеющегося оборудования. Учитывают при изготовлении заготовок способами центробежного литья, литья под давлением, горячей объемной штамповкой. Иногда это является определяющим моментом. Например, наличие в кузнечном цехе ротационно-ковочных машин позволяет получить ступенчатые заготовки практически без механической обработки. То же – при наличии механических прессов двойного действия или гидравлических многоступенчатых прессов. Мощность кузнечно-штамповочного оборудования определяет номенклатуру изготовления деталей. ^ Литейное производство Общие сведения о литейном производстве Современное состояние и роль литейного производства в машиностроении. Теория и практика технологии литейного производства на современном этапе позволяет получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Отливки надежно работают в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Они используются в изготовлении строительных конструкций, металлургических агрегатов, морских судов, деталей бытового оборудования, художественных и ювелирных изделий. Современное состояние литейного производства определяется совершенствованием традиционных и появлением новых способов литья, непрерывно повышающимся уровнем механизации и автоматизации технологических процессов, специализацией и централизацией производства, созданием научных основ проектирования литейных машин и механизмов. Важнейшим направлением повышения эффективности является улучшение качества, надежности, точности и шероховатости отливок с максимальным приближением их к форме готовых изделий путем внедрения новых технологических процессов и улучшения качества литейных сплавов, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшения условий труда. Литье является наиболее распространенным методом формообразования. Преимуществами литья являются изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты). Классификация литых заготовок. По условиям эксплуатации, независимо от способа изготовления, различают отливки: – общего назначения – отливки для деталей, не рассчитываемых на прочность – ответственного назначения – отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках; – особо ответственного назначения - отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках. В зависимости от способа изготовления, массы, конфигурации поверхностей, габаритного размера, толщины стенок, количества стержней, назначения и особых технических требований отливки делят на 6 групп сложности. ^ Первая группа характеризуется гладкими и прямолинейными наружными поверхностями с наличием невысоких усиливающих ребер, буртов, фланцев, отверстий. Внутренние поверхности простой формы. Типовые детали – крышки, рукоятки, диски, фланцы, муфты, колеса вагонеток, маховики для вентилей и т.д. ^ Шестая группа – отливки с особо сложными закрытыми коробчатыми и цилиндрическими формами. На наружных криволинейных поверхностях под различными углами пересекаются ребра, кронштейны и фланцы. Внутренние полости имеют особо сложные конфигурации с затрудненными выходами на поверхность отливки. Типовые детали – станины специальных МРС, сложные корпуса центробежных насосов, детали воздуходувок, рабочие колеса гидротурбин. В зависимости от способа изготовления их габаритных размеров и типа сплавов ГОСТ 26645-85 устанавливает 22 класса точности. Литейные сплавы Требования к материалам, используемым для получения отливок: Состав материалов должен обеспечивать получение в отливке заданных физико-механических и физико-химических свойств; свойства и структура должны быть стабильными в течение всего срока эксплуатации отливки. Материалы должны обладать хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, низкой склонностью к образованию трещин и поглощению газов, герметичностью), хорошо свариваться, легко обрабатываться режущим инструментом. Они не должны быть токсичными и вредными для производства. Необходимо, чтобы они обеспечивали технологичность в условиях производства и были экономичными. Литейные свойства сплавов Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию. Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы. Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается). Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки. Различают объемную и линейную усадку. В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники. Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки. Линейная усадка составляет: для серого чугуна – 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей – 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов – 0,9…1,45 %; для медных сплавов – 1,4…2,3 %. Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод. Различают ликвацию з ональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, Когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне. Литейные сплавы 1. Чугун является наиболее распространенным материалом для получения фасонных отливок. Чугунные отливки составляют около 80 % всех отливок. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне. Из серого чугуна получают самые дешевые отливки (в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько раз – чем из цветных металлов). Область применения чугунов расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических характеристик. Используют серые, высокопрочные, ковкие и легированные чугуны. 2. Сталь как литейный материал применяют для получения отливок деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами. Чем ответственнее машина, тем более значительна доля стальных отливок, идущих на ее изготовление. Стальное литье составляет: в тепловозах – 40…50 % от массы машины; в энергетическом и тяжелом машиностроении (колеса гидравлических турбин с массой 85 тонн, иногда несколько сотен тонн) – до 60 %. Стальные отливки после соответствующей термической обработки не уступают по механическим свойствам поковкам. Используются: углеродистые стали 15Л…55Л; легированные стали 25ГСЛ, 30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавеющие стали 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ и др. Среди литейных материалов из сплавов цветных металлов широкое применение нашли медные и алюминиевые сплавы. ^ 1. Медные сплавы – бронзы и латуни. Латуни – наиболее распространенные медные сплавы. Для изготовления различной аппаратуры для морских судостроения, работающей при температуре 300 ?С, втулок и сепараторов подшипников, нажимных винтов и гаек прокатных станов, червячных винтов применяют сложнолегированные латуни. Обладают хорошей износостойкостью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Из оловянных бронз (БрО3Ц7С5Н1) изготавливают арматуру, шестерни, подшипники, втулки. ^ Безоловянные бронзы по некоторым свойствам превосходят оловянные. Они обладают более высокими механическими свойствами, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Однако литейные свойства их хуже. Применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжело нагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, деталей химической и пищевой промышленности. ^ 2. Алюминиевые сплавы . Отливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % цветного литья. Они обладают высокой удельной прочностью, высокими литейными свойствами, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы системы алюминий – кремний (Al-Si) – силумины АЛ2, АЛ9. Они широко применяются в машиностроении, автомобильной и авиационной промышленности, электротехнической промышленности. Также используются сплавы систем: алюминий – медь, алюминий – медь – кремний, алюминий – магний. ^ 3. Магниевые сплавы обладают высокими механическими свойствами, но их литейный свойства невысоки. Сплавы системы магний – алюминий – цинк – марганец применяют в приборостроении, в авиационной промышленности, в текстильном машиностроении. ЛЕКЦИЯ 5 Способы изготовления отливок. Изготовление отливок в песчаных формах Для изготовления отливок служит литейная форма, которая представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Литейные формы изготовляют как из неметаллических материалов (песчаные формы, формы изготовляемые по выплавляемым моделям, оболочковые формы) для одноразового использования, так и из металлов (кокили, изложницы для центробежного литья) для многократного использования. ^ Изготовление отливок в песчаных формах Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм. Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах представлена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах Сущность литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта. Литейная форма для получения отливок в песчаных формах представлена на рис.5.2. Литейная форма обычно состоит из верхней 1 и нижней 2 полуформ, которые изготавливаются в опоках 7, 8 – приспособлениях для удержания формовочной смеси. Полуформы ориентируют с помощью штырей 10, которые вставляют в отверстия ручек опок 11. Для образования полостей отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют посредством выступов, входящих в соответствующие впадины формы (знаки). Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему. Литниковая система – совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы. Основными элементами являются: литниковая чаша 5, которая служит для приема расплавленного металла и подачи его в форму; стояк 6 – вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель 12, с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель 13 – один или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы. Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служат прибыли или выпор 4. Для вывода газов предназначены и вентиляционные каналы 9.
Рис. 5.2. Литейная форма Разновидности литниковых систем представлены на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Разновидности литниковых систем Различают литниковые системы с питателями, расположенными в горизонтальной и вертикальной плоскостях. По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: нижнюю, верхнюю, боковую. Нижняя лиитниковая система (рис.5.3.б) – широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу, без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части. Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает , ). Нижний подвод через большое количество питателей часто используется при изготовлении сложных по форме, крупных отливок из чугуна. Верхняя литниковая система (рис.5.3.в). Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питании отливки. Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака. Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни). Боковая литниковая система (рис.5.3.а). Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы). Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки. Иногда при подводе металла снизу и сверху используют массивные коллекторы. Приготовление формовочных и стержневых смесей Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Песок – основной компонент формовочных и стержневых смесей. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема . Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины. Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых форм – припылы; для сухих форм – краски. В качестве припылов используют: для чугунных отливок – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц. Противопригарные краски представляют собой водные суспензии этих материалов с добавками связующих. Смеси должны обладать рядом свойств. Прочность – способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации. Поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при заливке, Пластичность – способность воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму, Податливость – способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава. Текучесть – способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика. Термохимическая устойчивость или непригарность – способность выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия. Негигроскопичность – способность после сушки не поглощать влагу из воздуха. Долговечность – способность сохранять свои свойства при многократном использовании. По характеру использования различают облицовочные, наполнительные и единые смеси. Облицовочная – используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и имеет высокие физико- механические свойства. Наполнительная – используется для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов. Облицовочная и наполнительная смеси необходимы для изготовления крупных и сложных отливок. Единая – применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Изготавливается из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью для обеспечения долговечности. Приготовление формовочных смесей Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат и просеивают. Глину сушат, размельчают, размалывают в шаровых мельницах или бегунах и просеивают. Аналогично получают угольный порошок. Подготавливают оборотную смесь. Оборотную смесь после выбивки из опок разминают на гладких валках, очищают от металлических частиц в магнитном сепараторе и просеивают. Приготовление формовочной смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление. Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки. Готовая смесь выдерживается в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов, для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц. Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и подают на формовку. Стержневая смесь Стержневые смеси соответствуют условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь боле высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки. Огнеупорность – способность смеси и формы сопротивляться растяжению или расплавлению под действием температуры расплавленного металла. Газопроницаемость – способность смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению). В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом. Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут с последующим выстаиванием в бункерах. В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках. ^ Модельный комплект Модельный комплект – приспособления, включающие литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные плиты, контрольные и сборочные шаблоны. ^ Литейная модель – приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки. Применяют модели разъемные и неразъемные, деревянные, металлические и пластмассовые. Размеры модели больше размеров отливки на величину линейной усадки сплава. Модели деревянные (сосна, бук, ясень), лучше изготавливать не из целого куска, а склеивать из отдельных брусочков с разным направлением волокон, для предотвращения коробления. Достоинства: дешевизна, простота изготовления, малый вес. Недостаток: недолговечность. Для лучшего удаления модели из формы ее окрашивают: чугун – красный, сталь – синий. Металлические модели характеризуются большей долговечностью, точностью и чистой рабочей поверхностью. Изготавливаются из алюминиевых сплавов – легкие, не окисляются, хорошо обрабатываются. Для уменьшения массы модели делают пустотелыми с ребрами жесткости. Модели из пластмасс устойчивы к действию влаги при эксплуатации и хранении, не подвергаются короблению, имеют малую массу. ^ Стержневой ящик – формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Обеспечивают равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Изготавливают из тех же материалов, что и модели. Могут быть разъемными и неразъемными (вытряхными), а иногда с нагревателями. Изготовление стержней может осуществляться в ручную и на специальных стержневых машинах. ^ Модельные плиты формируют разъем литейной формы, на них закрепляют части модели. Используют для изготовления опочных и безопочных полуформ. Для машинной формовки применяют координатные модельные плиты и плиты со сменными вкладышами (металлическая рамка плюс металлические или деревянные вкладыши). ^ Изготовление литейных форм Основными операциями изготовления литейных форм являются: уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы; извлечение модели из формы; отделка и сборка формы. Формы изготавливаются вручную, на формовочных машинах и на автоматических линиях. ^ Ручная формовка применяется для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, в ремонтном производстве, для крупных отливок массой 200…300 тонн. Приемы ручной формовки: в парных опоках по разъемной модели; формовка шаблонами; формовка в кессонах. Формовка шаблонами применяется для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения в единичном производстве Шаблон – профильная доска. Изготовление формы для шлаковой чаши (рис. 5.4.а.) показано на рис. 5.4.
Рис.5.4. Шаблонная формовка В уплотненной формовочной смеси вращением шаблона 1, закрепленного на шпинделе 2 при помощи серьги 3, оформляют наружную поверхность отливки (рис. 5.4.в.) и используют ее как модель для формовки в опоке верхней полуформы 6 (рис. 5.4.г). Снимают серьгу с шаблоном, плоскость разъема покрывают разделительным слоем сухого кварцевого песка, устанавливают модели литниковой системы, опоку, засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Затем снимают верхнюю полуформу. В подпятник 7 устанавливают шпиндель с шаблоном 4, которым оформляют нижнюю полуформу, сжимая слой смеси, равный толщине стенки отливки (рис. 5.4.д). Снимают шаблон, удаляют шпиндель, отделывают болван и устанавливают верхнюю полуформу (рис. 5.4.е). В готовую литейную форму заливают расплавленный металл Формовка в кессонах. Формовкой в кессонах получают крупные отливки массой до 200 тонн. Кессон – железобетонная яма, расположенная ниже уровня пола цеха, водонепроницаемая для грунтовых вод. Механизированный кессон имеет две подвижные и две неподвижные стенки из чугунных плит. Дно из полых плит, которые можно продувать (для ускорения охлаждения отливок) и кессона. Кессон имеет механизм для передвижения стенок и приспособлен для установки и закрепления верхней полуформы. Машинная формовка Используется в массовом и серийном производстве, а также для мелких серий и отдельных отливок. Повышается производительность труда, улучшается качество форм и отливок, снижается брак, облегчаются условия работы. По характеру уплотнения различают машины: прессовые, встряхивающие и другие. Уплотнение прессованием может осуществляться по различным схемам, выбор которой зависит от размеров формы моделей, степени и равномерности уплотнения и других условий. В машинах с верхним уплотнением (рис. 5.5.а) уплотняющее давление действует сверху. Используют наполнительную рамку. При подаче сжатого воздуха в нижнюю часть цилиндра 1 прессовый поршень 2, стол 3 с прикрепленной к нему модельной плитой 4 с моделью поднимается. Прессовая колодка 7, закрепленная на траверсе 8 входит в наполнительную рамку 6 и уплотняет формовочную смесь в опоке 5. После прессования стол с модельной оснасткой опускают в исходное положение. Рис. 5.5. Схемы способов уплотнения литейных форм при машинной формовке а – прессованием; б - встряхиванием У машин с нижним прессованием формовочная смесь уплотняется самой моделью и модельной плитой. Уплотнение встряхиванием происходит в результате многократно повторяющихся встряхиваний (рис. 5.5.б). Под действием сжатого воздуха, подаваемого в нижнюю часть цилиндра 1, встряхивающий поршень 2 и стол с закрепленной на нем модельной плитой 4 с моделью поднимается на 30…100 мм до выпускного отверстия, затем падает. Формовочная смесь в опоке 5 и наполнительной рамке 6 уплотняется в результате появления инерционных сил. Способ характеризуется неравномерностью уплотнения, уплотнение верхних слоев достигается допрессовкой. Вакуумная формовка. Модельная плита имеет вакуумную полость. В модели имеются сквозные отверстия диаметром 0,5…1 мм, совпадающие с отверстиями в плите. Модельную плиту с моделью закрывают нагретой полимерной пленкой. В воздушной коробке насосами создается вакуум 40…50 кПа. Затем устанавливается опока с сухим кварцевым песком, который уплотняется с помощью вибраций. На верхнюю поверхность помещают разогретую пленку, плотно прилегающую к опоке. Полуформу снимают с модели. При заливке металла пленка сгорает, образуя противопригарное покрытие. Уплотнение пескометом осуществляется рабочим органом пескомета – метательной головкой. Формовочная смесь подается в головку непрерывно. Пескомет обеспечивает засыпку смеси и ее уплотнение. При вращении ковша (1000…1500 мин –1) формовочная смесь выбрасывается в опоку со скоростью 30…60 м/с. Метательная головка может перемещаться над опокой. Пескомет – высокопроизводительная формовочная машина, его применяют при изготовлении крупных отливок в опоках и кессонах. Безопочная автоматическая формовка Используется при изготовлении форм для мелких отливок из чугуна и стали в серийном и массовом производстве. Изготовление литейных форм осуществляется на высокопроизводительных пескодувно-прессовых автоматических линиях (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Изготовление безопочных литейных форм Формовочная камера заполняется смесью с помощью сжатого воздуха из головки 2. Уплотнение осуществляется при перемещении модельной плиты 1 плунжером 4. После уплотнения поворотная модельная плита 3 отходит влево и поворачивается в горизонтальное положение. Полуформа перемещается плунжером 4 до соприкосновения с предыдущим комом, образуя полость 5. Затем производят заливку металла из ковша 6. После затвердевания и охлаждения отливок, формы подаются на выбивную решетку, где отливки 7 освобождаются от формовочной смеси. Изготовление стержней Изготовление стержней осуществляется вручную или на специальных стержневых машинах из стержневых смесей. Изготовление стержней включает операции: формовка сырого стержня, сушка, окраска сухого стержня. Если стержень состоит из нескольких частей, то после сушки их склеивают. Ручная формовка осуществляется в стержневых ящиках. В готовых стержнях выполняют вентиляционные каналы. Для придания стержням необходимой прочности используются арматурные каркасы из стальной проволоки или литого чугуна. Готовые стержни подвергаются сушке при температуре 200…230 0 С, для увеличения газопроницаемости и прочности. Во время сушки из стержня удаляется влага, частично или полностью выгорают органические примеси Часто стержни изготавливают на пескодувных машинах. При использовании смесей с синтетическими смолами, стержни изготавливают в нагреваемой оснастке. Изготовление стержней из жидкостекольных смесей состоит в химическом отверждении жидкого стекла путем продувки стержня углекислым газом. ЛЕКЦИЯ 6 Изготовление отливок в песчаных формах (продолжение) ^ Специальные способы литья Изготовление отливок в песчаных формах Приготовление расплава Приготовление литейных сплавов связано с плавлением различных материалов. Для получения заданного химического состава и определенных свойств, в сплав в жидком или твердом состоянии вводят специальные легирующие элементы: хром, никель, марганец, титан и др. Для плавления чугуна и стали, в качестве исходных материалов применяют литейные или передельные доменные чугуны, чугунный и стальной лом, отходы собственного производства, а также для понижения температуры плавления и образования шлаков – флюсы (известняк). Чугуны, в основном, выплавляют в вагранках. В последнее время развивается плавка в электрических печах, а также дуплекс-процесс, в особенности, вариант вагранка – индукционная печь. Плавку стали ведут в электродуговых, индукционных и плазменно-индукционных печах. Для плавления цветных металлов используют как первичные, полученные на металлургических заводах, так и вторичные, после переплавки цветного лома, металлы и сплавы, а также – флюсы (хлористые и фтористые соли). Для плавления применяют индукционные печи промышленной частоты, электрические печи сопротивления. Плавку тугоплавких металлов и сплавов ведут в вакууме или в среде защитных газов. Сборка и заливка литейной формы Сборка литейной формы включает: установку нижней полуформы; установку стержней, устойчивое положение которых обеспечивается стержневыми знаками; контроль отклонения размеров основных полостей формы; установку верхней полуформы по центрирующим штырям. Заливка форм расплавленным металлом осуществляется из ковшей чайникового, барабанного и других типов. Важное значение имеет температура расплавленного металла. Целесообразно назначать ее на 100…150 0 C выше температуры плавления:: низкая температура увеличивает опасность незаполнения формы, захвата воздуха, ухудшения питания отливок; при высокой температуре металл больше насыщен газами, сильнее окисляется, возможен пригар на поверхности отливки. Заливку ведут непрерывно до полного заполнения литниковой чаши. Охлаждение, выбивка и очистка отливок Охлаждение отливок до температуры выбивки длится от нескольких минут (для небольших тонкостенных отливок) до нескольких суток и недель (для крупных толстостенных отливок). Для сокращения продолжительности охлаждения используют методы принудительного охлаждения: а) обдувают воздухом, б) при формовке укладывают змеевики, по которым пропускают воздух или воду. Выбивка отливки – процесс удаления затвердевшей и охлажденной до определенной температуры отливки из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Осуществляют на специальных выбивных установках. Форма выталкивается из опоки выталкивателем на виброжелоб, по которому направляется на выбивную решетку, где отливки освобождаются от формовочной смеси. Выбивку стержней осуществляют вибрационно-пневматическими и гидравлическими устройствами. Обрубка отливок – процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ. Осуществляется пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, при помощи газовой резки и на прессах. После обрубки отливки зачищают, удаляя мелкие заливы, остатки выпоров и литников. Выполняют зачистку маятниковыми и стационарными шлифовальными кругами, пневматическими зубилами. Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с наружных и внутренних поверхностей отливок. Осуществляется в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия (для мелких отливок), в гидропескоструйных и дробеметных камерах, а также химической или электрохимической обработкой. Специальные способы литья В современном литейном производстве все более широкое применение получают специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие. Эти способы позволяют получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключают ее, что обеспечивает высокую производительность труда. Каждый специальный способ литья имеет свои особенности, определяющие области применения.