5 Выбор исходной заготовки
Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления необходимо проводить в следующей последовательности:
1) определение вида исходной заготовки;
2) выбор метода изготовления исходной заготовки;
3) технико-экономическая обоснование метода получения заготовки;
4) определение конфигурации и допусков исходной заготовки.
5.1 Определение вида исходной заготовки
Основными факторами, влияющими на выбор вида исходной заготовки, явля- ются:
−
технологические свойства материала детали (литейные свойства, пластич- ность, свариваемость и т.п.);
−
конструктивные формы и размеры детали;
−
тип производства;
−
производственные возможности заготовительных цехов (наличие оборудо- вания, оснастки);
−
требования безопасности жизнедеятельности и экологии.
Основными видами заготовок, применяемых в машиностроительной практике, являются: а) получаемые литьем (отливки); б) получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки, гнутые профили);
33
в) получаемые резкой проката; г) получаемые методами порошковой и гранульной металлургии (порошковые изделия); д) получаемые комбинированными методами (комбинированные и сварные заготовки); е) получаемые специализированными методами из композиционных материа- лов (композитные заготовки и полуфабрикаты).
Отливки следует применять, если рабочим чертежом детали предусмотрено ее изготовление из чугуна, литейных марок сталей, цветных литейных сплавов и дру- гих марок материала, характеризующихся хорошими литейными свойствами.
Заготовки, получаемые обработкой давлением, применяют в тех случаях, ко- гда материалом детали является конструкционная сталь, пластичные марки алюми- ниевых сплавов, титановые сплавы и другие деформируемые материалы. Дополни-
тельными факторами, определяющими выбор заготовок такого вида, являются так- же сложность конфигурации детали и тип производства. В частности, их не следует использовать для заготовок простой формы, и в условиях единичного производства.
В таких случаях заготовку следует получать резкой сортового проката.
Детали, получаемые методами порошковой металлургии из железа, меди, ти- тана, графита и других элементов, их смесей и порошков различных сплавов, эф- фективно заменяют детали из компактных цветных и черных сплавов. Способы по- рошковой металлургии позволяют получать продукцию в виде полностью готовых деталей, а также в виде заготовок, требующих незначительной механической обра- ботки. В качестве ограничений при выборе заготовок такого вида являются: сравни- тельная простота форм деталей, небольшие размеры и масса прессуемых деталей, экономические ограничения. Наиболее характерными порошковыми деталями яв- ляются втулки, шайбы, кольца, шестерни, вкладыши, храповики, рычаги, кулачки и другие детали простой формы при небольшой их массе. Изготовление порошковых деталей экономически оправдывается при объеме выпуска: для деталей простых форм - 100 000 шт., средней сложности -25 000 штук и сложной формы - 5 000 шт.
Подробные сведения о заготовках различных видов приведены в [3, 4].
34
5.2 Выбор метода изготовления исходной заготовки Выбор метода изготовления исходной заготовки определяется следующими факторами:
1) типом производства (в массовом производстве наиболее выгодны способы, которые обеспечивают наибольшее приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам детали: точная штамповка, литье под давлением и т.п.);
2) конструктивными формами, размерами и массой детали (чем больше де- таль, тем дороже обходится изготовление металлических форм, моделей, штампов и т.п.);
3) требуемой точностью выполнения заготовки и качеством ее поверхности
(шероховатость поверхности, остаточные напряжения и т.п.; данный фактор дейст- вует в тех случаях, когда требуется обеспечить требуемое качество поверхностей детали, не подвергаемых механической обработке).
При выборе метода изготовления исходной заготовки следует руководство- ваться технологическими характеристиками существующих методов.
Отливки получают двумя принципиально различными методами: а) в разовые формы, когда форма используется один раз и после получения отливки разрушается (литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в обо- лочковые формы и т.п.); б) в постоянные формы, когда форма используется многократно (литье в ко- киль, под давлением, центробежное, вакуумное).
Литье в песчаные формы обладает многими ценными качествами: универ- сальностью, простотой изготовления, дешевизной, податливостью, газопроницаемо- стью и др., которые недостижимы при использовании постоянных форм. Однако ус- ловия труда литейщиков при использовании
разовых песчаных форм остаются крайне тяжелыми, а трудоемкость изготовления отливок в 2—50 раз выше, чем при получении литья в постоянные формы.
Литье в металлические формы получило широкое применение, так как при этом достигается повышенная точность размеров, снижается шероховатость по-
35
верхности, улучшается качество отливок, устраняется необходимость приготовле- ния формовочной, а часто и стержневой смесей, появляется возможность многора- зового применения форм. Однако высокая стоимость металлических форм и воз- можность образования отбела в отливках из черных сплавов является недостатком этого способа литья.
Центробежный способ литья, применяемый в основном для получения отли- вок типа тел вращения, характеризуется большой производительностью и качеством отливок, высоким коэффициентом использования металла, малыми припусками на обработку резанием. При этом способе увеличивается плотность металла отливки, представляется возможным отливать детали из металлов и неметаллических мате- риалов с низкой жидкотекучестью, отпадает необходимость в формовочных и стержневых смесях, резко снижается себестоимость заготовок. Недостатками спосо- ба являются невозможность получения отверстий точного размера, возможность об- разования отбела в чугунных отливках, трудность получения качественных отливок из сплавов, склонных к ликвации.
Литье под давлением, характеризующееся повышенной точностью и качест- вом поверхности отливок, применяется в массовом и серийном производстве заго- товок из цветных сплавов. Толщина стенок заготовки не должна превышать 6 мм, в противном случае возможно увеличение пористости материала заготовки.
Литье в оболочковые формы позволяет получать заготовки, имеющие конфи- гурацию и размеры, соответствующие готовой детали, поэтому этим методом изго- тавливают детали из жаростойких и труднообрабатываемых материалов. Способ высокопроизводительный,
легко автоматизируется, но сравнительно дорог.
Литье по выплавляемым моделям применяется получения заготовок для мел- ких деталей сложной конфигурации, преимущественно из стали. При этом объем механической обработки резко снижается.
При электрошлаковом литье механические свойства материала отливки не ус- тупают соответствующим свойствам деформируемых сплавов, структура характери- зуется большой плотностью, стабильностью и изотропностью свойств. Метод при- меняется для изготовления деталей ответственного назначения - сосудов, работаю-
36
щих под давлением, цилиндров, коленчатых валов и др. Недостатком способа явля- ется высокая стоимость отливок, особенно при производстве отливок небольшой массы.
Характеристики некоторых методов получения отливок приведены в таблице
5.1.
Таблица 5.1 - Характеристики методов получения отливок
Метод получения
Масса за- готовок, т
Точность выполне- ния, ква- литет
Шерохо- ватость
R
z
,
мкм
Материал
Произ- водство
1 2 3 4 5 6
Разовые формы
Литье в песчано-глинистые формы:
Ручная формовка по деревянным моделям
До 100 17 80 – 20 единич- ное и мелкосе- рийное
Машинная формовка
До 10 16 – 17 20 – 5 серийное
Машинная формовка по металлическим мо- делям
3 – 5 14 – 16 20 – 5 чугун, сталь, специ- альные сплавы крупно- серийное и массо- вое
Литье по выплавляе- мым моделям
До 0,15 11 – 12 10 – 2,5 трудно- обраба- тывае- мые спла- вы серийное
Литье в оболочковые формы: (песчано- смоляные, химически твердеющие)
До 0,15 13 – 14 10 – 2.5 чугун, сталь, цветные сплавы серийное и массо- вое
Многократные формы
Центробежное литье 0,01 – 1 12 – 14 40 – 10 чугун, сталь, цветные сплавы крупно- серийное и массо- вое
37
Продолжение таблицы 5.1 1
2 3 4 5 6
Литье пол давлением
До 0,1 8 – 12 5,0 – 0,63
цветные сплавы крупно- серийное и массо- вое
Литье в кокиль
7(чугун)
4 (сталь)
0,5 (цвет- ные спла- вы)
12 – 15 20 – 2,5 чугун, сталь, цветные сплавы серийное и массо- вое
Примечание – В таблице приведена ориентировочная точность отливок, точные значения допусков определяются по ГОСТ 26645-85
Из всего многообразия заготовок, получаемых обработкой давлением, чаще всего в машиностроении используются кованые и штампованные заготовки. Ковка - обработка металлов давлением путем местного многократного приложения дефор- мирующих усилий с помощью универсального кузнечного инструмента. Ковкой по- лучают разнообразные по форме и размерам машиностроительные заготовки массой до 300 т. Заготовка, полученная ковкой, называется поковкой. Штамповка - обра- ботка металлов давлением при помощи специального инструмента - штампа, рабо- чая полость (ручей) которого определяет конфигурацию и размеры получаемой за- готовки. Заготовка,
полученная штамповкой, называется штампованной поковкой или штампованной заготовкой.
Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве для получе- ния поковок различных форм и размеров из черных и реже цветных металлов и сплавов. Поковки обычно получают на ковочных молотах и гидравлических ковоч- ных прессах. Такие заготовки имеют большие припуски на последующую механи- ческую обработку резанием. В мелкосерийном производстве при изготовлении заго- товок применяют подкладные штампы, позволяющие уменьшить припуски и при- близить форму заготовки к форме детали.
Объемная штамповка является современным высокопроизводительным и от- носительно дешевым процессом изготовления заготовок, широко распространенным в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. Процесс
38
штамповки заключается в принудительном перераспределении материала заготовки без нарушения его сплошности. В качестве первичной заготовки для штамповки применяют слитки массой до 350 т, сортовой (круглый, квадратный), профильный и листовой прокат. Заготовку помещают в полость штампа, называемую ручьем. За- тем под действием рабочих частей штамповочного оборудования, на котором уста- новлен штамп, материал заготовки, деформируясь, заполняет ручей, а заготовка принимает требуемую форму. Объемной штамповкой получают поковки разнооб- разной формы из различных материалов массой от нескольких граммов до одной тонны.
Различают два основных вида штампов в зависимости от вида ручьев – откры- тые (облойные) и закрытые (безоблойные). У открытых штампов зазор между верх- ней и нижней частями штампа является переменным и уменьшающимся в процессе деформирования заготовки. В плоскости смыкания частей (разъема) образуется об- лой. У закрытых ручьев деформирование заготовки происходит в замкнутом ручье, исключая образование облоя в плоскости разъема штампа. По виду крепления штампы делятся на подкладные (без крепления) и фиксируемые (закрепленные). От- крытые и закрытые штампы могут быть одно- или многоручьевыми.
Подкладные штампы просты по устройству, относительно дешевы. Они со- стоят из верхней матрицы, нижней матрицы и вспомогательных элементов, необхо- димых для транспортировки штампов. Такие штампы применяются для изготовле- ния крупных и единичных поковок на молотах.
Открытые штампы более сложны по конструкции, применяются для серийно- го и массового изготовления поковок на молотах и прессах. Кроме матриц они име- ют выталкиватели, направляющие колонки и другие части. Одна или обе матрицы имеют облойную канавку, называемую накопителем (магазином).
Закрытые штампы применяются для изготовления точных заготовок на прес- сах, молотах, горизонтально-ковочных и др. машинах. Сущность процесса штам- повки в закрытых штампах состоит в том, что заготовка деформируется, находясь в полости одной части штампа (матрицы), в которую входит как в направляющую другая его часть (пуансон). Полученная поковка удаляется из ручья выталкивателем.
39
При штамповке в закрытых штампах колебания объема заготовок должны быть не- значительными, таккак при штамповке облой не предусматривается.
Штамповка в закрытых штампах более рациональна, так как обеспечивает высокий коэффициент использования материала, более высокую точность и качество поковок.
Характеристики некоторых методов получения поковок приведены в таблице
5.2.
Таблица 5.2 - Характеристики методов получения поковок
Метод получения
Масса заго- товок, т
Точность выполне- ния, квали- тет
Шерохова- тость
Rz,мкм
Тип произ- водства
1 2 3 4 5
Ковка на молотах и прессах
250 17 – 18 160 – 320 Единичное
Ковка на молотах и прессах в подкладных штампах
0,1 16 – 18 160 – 320 Единичное
Ковка на радиально- обжимных машинах (го- рячая и холодная)
Макси- мальный диаметр прутка
(трубы) около
100мм
0,01–0,4 мм
(холодная),
0,1–0,6 мм
(горячая ковка)
0,32 – 0,63
(
Ra)
Серийное
Штамповка на молотах и прессах
0,2 16 – 18 160 – 320
Мелкосе- рийное, се- рийное
Штамповка с после- дующей чеканкой
0,1 0,05–0,1 мм
10 – 40
Мелкосе- рийное, се- рийное
Штамповка (высадка) на горизонтально- ковочных машинах
0,1 17 – 18 160 – 320
Мелкосе- рийное, се- рийное
Штамповка выдавли- ванием
Диаметр до
200 мм
0,2 – 0,5 мм
80 – 320
Мелкосе- рийное, се- рийное
40
Продолжение таблицы 5.2 1
2 3 4 5
Штамповка на калиб- ровочных кривошипных прессах
0,1
На 25-30 % выше, чем при штам- повке на молотах
80 – 320
Мелкосе- рийное, се- рийное
Холодная высадка на автоматах
Макси- мальный диаметр
30мм
14 – 17 1,2 – 2,5
(
R
a
)
Мелкосе- рийное, се- рийное
Примечания
1 В таблице приведена ориентировочная точность поковок, точные значе- ния допусков определяются: для поковок на молотах по ГОСТ 7829-70; для поковок на прессах по ГОСТ 7062-90; для стальных штампованных поковок по ГОСТ 7505-89.
2 Данные относятся к поковкам из углеродистых и легированных сталей
Исходные заготовки из проката применяют для деталей простой конфигура- ции в условиях единичного и мелкосерийного производства. Различные виды прока- та и область их применения приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Виды проката и область их применения
Вид проката
Стандарт
Область применения
1 2 3
Сортовой
Круглый горячекатаный повышенной и нормальной точности
2590-2006
Гладкие и ступенчатые валы с небольшим перепадом диа- метров ступеней, стаканы диаметром до 50 мм, втулки с наружным диаметром до 25 мм.
Круглый калиброванный 7415-86
Крепеж, гладкие оси.
Горячекатаный
Квадратный и полосовой
2591-88 103-2006
Квадратный и шестигран- ный
8559-75 8560-78
Крепеж, небольшие детали типа рычагов, тяг, планок и клиньев.
41
Продолжение таблицы 5.3 1 2 3
Листовой
Толстолистовой горячека- таный
19903-74
Фланцы, кольца плоские де- тали различной формы; ци- линдрические полые заготовки типа втулок и валов.
Тонколистовой горячеката- ный и холоднокатаный
19904-90
Трубы
Стальные бесшовные горя- чекатаные и холодноката- ные
8732-78 8734-75
Цилиндры, втулки, гильзы, шпиндели, стаканы, барабаны, ролики, валы.
Получение штучных заготовок производят резкой проката.
Методы резки про- ката, их точность и область применения приведены в таблице 5.4.
Таблица 5.4 – Методы резки проката и их точность
Метод резки проката
Точность рез- ки, мм
Область применения
1 2 3
Газовая резка
Ацетилено-кислородная
Резка заготовок различной конфигурации из листового проката толщиной до 200 мм
Кислородная
Резка заготовок различной конфигурации из листового проката толщиной 100 мм, профильного проката, труб (с наружным диаметром от 150 до 300 мм и толщиной стенок до 16 мм), листового проката с одновременной подготовкой
Х- или U-образных кромок
Кислородно-флюсовая
При ручной резке от
±4 до
±10; при ма- шинной – от
±1 до ±2
Резка заготовок из проката, выполненного из хромонике- левых и коррозионно-стойких сталей (толщиной до 450 мм), чугуна, цветных металлов и сплавов
42
Продолжение таблицы 5.4 1
2 3
Плазменно-дуговая
От ±1 до ±6
Резка заготовок из проката толщиной до 100 мм, выпол- ненного из низкоуглероди- стых, легированных сталей и цветных металлов
Резка на ножницах
На пресс-ножницах с прямыми и фасонными но- жами
От ±1 до ±6
Резка листового и полосового проката толщиной до 25 мм, квадратного и круглого прока- та диаметром до 200 мм, угло- вого проката
На гильотинных
От ±0,25до ±3
Резка листового и полосового проката толщиной до 20 мм и шириной до1500 мм
На дисковых с параллель- ными осями
От ±0,25 до
±0,6
Резка листового проката толщиной до 20 мм шириной до 300 мм
На дисковых с наклонны- ми осями
От ± 0,4 до±1
Резка листового проката толщиной 6 8 мм для загото- вок с контурами, очерченными кривыми и прямыми линиями.
Наименьший радиус составля- ет от 0,4 до 0,7 диаметра дис- кового ножа
На многодисковых с па- раллельными осями до ±0,25
Одновременная резка широ- кой ленты (до 1500 мм) на уз- кие и листов на полосы. Тол- щина проката от 0,5 до 4 мм
Вибрационных
От ±0,25
Резка листового проката для заготовок малым радиусом кривизны
Разрезка на механических и гидравлических прессах
От ±2 до ±4 Разрезка в штампах проката диаметром до 30 мм
43
Продолжение таблицы 5.4 1
2 3
Резка на пилах и ножовках
На дисковых
От ±0,4 до +3
Резка круглого проката больших сечений
На ленточных
От ±1,5 до ±5 Резка проката любого профи- ля из стали* цветных металлов диаметром до 250. Ширина ре- за от 0,8 до 1,3 мм
На приводных ножовках От ±2 до ±4,5
На фрикционных и элек- трофрикционных ножовках
От ±1,6 до ±5
Резка круглого и профильно- го проката диаметром до 300 мм. Ширина реза от 1 до 3,5 мм
Отрезка на отрезных станках и установках
На фрезерно-отрезных
От ±2,5 до
±4,5
Отрезка круглого и профиль- ного проката диаметром до
500 мм на универсальных станках и диаметром до 800 мм на специальных
На токарно-отрезных
От ±0,3 до
±0,8
Отрезка прутков и труб диа- метром до 80 мм
На горизонтально- фрезерных
От ±0,4 до
±0,7
Отрезка проката размером до
60 мм
На абразивно-отрезных
От ±0,3 до
±0,7
Отрезка проката с высокой твердостью. Применяют абра- зивные круги диаметром от 30 до 500 мм и толщиной от 0,5 до 4 мм и алмазные круги диаметром от 50 до 320 мм и толщиной от 0,15 до 2 мм
На анодно-механических
От ± 0,15 до
±0,3
Отрезка проката с высокой твердостью диаметром от 200 до 250 мм. При применении вместо дисков стальной ленты толщиной от 1 до 2 мм и ши- риной от 15 до 20 мм или стальной проволоки от 2 до 2,5 мм можно осуществлять фи- гурную вырезку заготовок
44
Продолжение таблицы 5.4 1 2 3
На электроэрозионных
Черновая: от
±0,5 до ±2; чистовая: от
±0,03 до ±0,2
Отрезка круглого проката и труб, выполненных из сталь- ных и твердосплавных мате- риалов. При применении ла- тунной проволоки диаметром от 0,05 до 0,3 мм можно осу- ществлять фигурную вырезку
На электронно-лучевых
От ±0,01 до
±0,05
Фигурная отрезка небольших заготовок из металлов, полу- проводниковых и изоляцион- ных материалов.
На лазерных
От ±0,001 до
±0,05
Фигурная отрезка заготовок из любых материалов.
Сварные конструкции по сравнению с литыми и коваными имеют на 30 - 60 % меньшую массу, малую трудоемкость изготовления, более высокие физико- механические характеристики, позволяют уменьшить объем механической обработ- ки. Сварные заготовки и узлы изготовляют из проката (листы, трубы, профили), а также из литых, кованых и штампованных элементов. Сварные заготовки состоят из отдельных частей (элементов), выполненных с применением различных материалов и соединенных с помощью методов сварки. Неправильная конструкция заготовки или неверная технология сварки могут привести к дефектам (коробление, порис- тость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработ- кой. Материалы составных элементов сварных конструкций должны обладать сва- риваемостью - способностью к образованию сварного соединения, равнопрочного с основным металлом, без трещин и снижения пластичности. При использовании сварных заготовок возможно применение различных материалов, так ответственные поверхности детали могут быть выполнены из легированных сталей. Для уменьше- ния коробления заготовок из-за перераспределения внутренних напряжений меха- ническую обработку производят после термической обработки – высокого отпуска, производимого при температуре от 550 °С до 680 °С.
Скачать 1.89 Mb.