Рациональный способ изготовления отливок

Выбор рационального способа литья заготовки проектируемой детали

В процессе проектирования технологичных изделий конструктор должен обеспечить не только их эксплуатационные характеристики, но и оптимизировать расходы на производство.

Одну и ту же деталь можно изготовлять из заготовок, получаемых различными способами. Основополагающим принципом выбора способа получения отливки является обеспечение максимального приближения ее размеров к проектируемой детали, что существенно сокращает расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Вот почему при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства — заготовительного и механообрабатывающего.

Выбор способа получения отливки определяется теми же факторами, что и при проектировании поковки. Конструкторско-технологическими признаками изделия являются форма и размеры заготовки; требуемая точность и свойства поверхностного слоя; технологические свойства материала заготовки и программа выпуска изделий.

Формы и размеры заготовки. Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяет получать заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В то же время некоторые способы литья (литье под давлением, центробежное литье и др.) накладывают определенные ограничения на выбор формы отливки и условия ее изготовления.

При литье в песчаные формы размеры заготовки практически не ограниченны. Однако минимальные размеры изделия (например, толщина стенки отливки) нередко являются ограничивающим параметром.

Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок влияют на их себестоимость. Причем масса заготовки влияет активнее, так как с ней связаны расходы на оборудование, оснастку и т. п.

Требуемая точность и свойства поверхностного слоя заготовки. Себестоимость заготовок существенно зависит от точности их геометрических форм и размеров. Чем выше требования к точности отливок, тем выше стоимость их изготовления. Это объясняется, главным образом, увеличением стоимости оснастки, уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности, увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию.

Свойства поверхностного слоя заготовки влияют на последующую обработку и эксплуатационные свойства детали, например на усталостную прочность, износостойкость. Они формируются практически на всех стадиях изготовления заготовки. Выбранный способ определяет не только шероховатость, но и физикомеханические свойства поверхностного слоя.

В качестве примера сравним заготовки, получаемые литьем в песчаные формы и под давлением. В первом случае поверхность отливки шероховатая неточная. При обработке такой заготовки резанием возникает неравномерная нагрузка на инструмент, что, в свою очередь, снижает точность обработки.

Заготовка, полученная литьем под давлением, имеет низкую шероховатость (см. табл. 34.1), но ввиду высокой скорости охлаждения и отсутствия податливости формы в поверхностном слое отливки возникают остаточные напряжения растяжения, которые могут привести к короблению заготовки и образованию трещин.

Технологические свойства материала отливки. Для каждого способа изготовления заготовок требуется определенный комплекс литейных свойств материала. Именно технологические свойства материала часто накладывают ограничения при выборе способа получения отливки. Так, серый чугун имеет высокие литейные свойства, поэтому отливки из этого сплава могут быть изготовлены всеми известными способами литья, кроме литья под давлением. При получении заготовок из высоколегированных сталей, характеризующихся низкой жидкотекучестью, применяют, как правило, самый дорогой способ — литье по выплавляемым моделям.

Себестоимость изготовления отливок зависит от технологических свойств материала. Например, переход от чугуна к стали при производстве отливок повышает себестоимость заготовок (без учета стоимости материала) на 20. 30 %.

Свойства поверхностного слоя у заготовок из одного и того же материала, но полученных различными способами литья, будут неидентичны (см. табл. 34.1). Так, при изготовлении отливок литьем в песчаные формы шероховатость составляет Ra 80. 20 мкм, а при литье под давлением — Ra 10. 2,5 мкм.

Тип производства. На выбор способа получения отливок оказывает влияние и тип производства. Например, в условиях крупносерийного и массового производства рентабельны способы литья с использованием металлических и оболочковых форм. Для получения отливок из труднообрабатываемых материалов возможно применение литья по выплавляемым моделям, а при изготовлении тонкостенных заготовок из цветных сплавов (tпл

Источник

Выбор рационального способа изготовления отливок

Современные требования, предъявля­емые к литым заготовкам деталей машин, характеризуются максималь­ным приближением отливок по форме и размерам к готовым деталям, эко­номией металла, применением прогрес­сивных методов литья. Однако следует иметь в виду, что технические требова­ния, предъявляемые к литым деталям, могут быть обеспечены одинаково надежно различными способами литья. При выборе оптимального способа по­лучения литых деталей следует прово­дить сравнительный анализ возможных вариантов рассматриваемых технологи­ческих процессов литья. В качестве критериев сравнительного анализа спо­собов литья принимают технологичес­кие возможности способов (масса и га­баритные размеры отливок, сложность и требования, предъявляемые к ним, масштаб производства и др.), возмож­ности способов литья в обеспечении равномерной мелкозернистой структу­ры, более высоких механических свойств.

Кроме того, необходимо учитывать литейные свойства сплавов. Например, если сплав обладает пониженной жидкотекучестью, то нежелательно приме­нять литье в металлические формы-кокили. В этом случае целесообразно использовать литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и другие способы, применение которых повышает жидкотекучесть сплавов. Ес­ли для изготовления отливок использу­ются сплавы с высокой усадкой, то нежелательно применять литье в ко­киль и под давлением, так как воз­можно образование трещин в отливках из-за низкой податливости форм и из-за сложности установки прибылей.

При выборе способа литья необхо­димо учитывать технологичность конст­рукции литой детали применительно к рассматриваемым способам. Так, сложные по конфигурации отливки по­лучают литьем под давлением, по вы­плавляемым моделям или в песчаных формах. Литьем в кокиль получают от­ливки с простой наружной конфигураци­ей, а центробежным литьем изготовля­ют, как правило, отливки типа тел вращения. Наиболее тонкостенные от­ливки получают литьем по выплавля­емым моделям и литьем под давлением, при литье в кокиль стенки отливки должны быть значительно толще, чем при литье в песчаные формы, и. т. д.

Если при литье в песчаные формы габаритные размеры и масса отливок практически не ограничены, то специ­альные способы литья применяют для получения мелких и средних по массе отливок. Кроме того, следует выбирать такой способ литья, который обеспечи­вал бы получение отливок с заданной точностью и заданным параметром шереховатости поверхности. Малая ше­роховатость поверхности отливок по­зволяет сохранить литейную корку, ко­торая, как правило, имеет повышенные твердость и износостойкость, снизить себестоимость готовых деталей за счет экономии металла и снижения трудоем­кости при механической обработке.

Важными технико-экономическими критериями выбора рационального спо­соба изготовления отливок являются экономия используемых материалов и минимальная себестоимость формо­образования заготовок.

Таким образом, выбор рациональ­ного способа изготовления литых за­готовок является многокритериальной задачей, для решения которой целесо­образно использовать ЭВМ. Исполь­зование ЭВМ для выбора способа по­лучения отливок предопределяет нали­чие математической модели и алгорит­ма соответствующего процесса.

Исходной информацией для выбора способа изготовления отливки с помо­щью ЭВМ являются чертеж детали и технические требования на нее; ма­териал детали; программа выпуска; па­раметры, по которым осуществляется оптимизация способа получения литой детали, и т. д.

Источник

Выбор рационального способа изготовления отливок

Одну и ту же деталь можно изготовить из отливок, полученных различными способами литья, причём зачастую технические требования, предъявляемые к конкретной отливке, могут быть обеспечены разными способами литья с одинаковой надёжностью. Поэтому при выборе оптимального способа получения отливок, как правило, требуется проводить сравнительный анализ возможных вариантов литья и их технологических показателей, ориентировочно представленных в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Технологические возможности основных способов литья

Показатель	Литьё в песчаные формы	Литьё в оболочковые формы	Литьё по выплавляемым моделям	Литьё в кокиль	Литьё под давлением	Центробежное литьё
Максимальная масса отливки, кг	7000 – чугун; 4000 – сталь; 500 – цв. сплав
Максимальный размер отливки, м	Любой	1,5	1,0	2,0	1,2	6,0
Минимальная толщина стенки, мм	3,0	2,0	0,5	3,0	0,5	4,0
Наивысшая группа сложности
Возможный класс размерной точности
Наименьшая шероховатость поверхности Rz, мкм
Минимальный припуск на механическую обработку, мм	0,3	0,2	0,0	0,3	0,2	0,3
Средний КИМ, %
Относительная себестоимость единицы массы отливки	1,0	1,8	2,8	1,4	1,9	0,7
Экономически оправданное минимальное количество, штук	Любое

На начальном этапе решения задачи выбора оптимального способа литья следует учитывать наиболее важные критерии, к которым относятся: 1) количество (размер партии; программа выпуска) изготавливаемых изделий; 2) масса и размеры отливки; 3) сложность формы отливки; 4) требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности; 5) технологические свойства материала отливки.

Количество. В условиях крупносерийного или массового производства рентабельны способы литья с применением металлических или оболочковых форм. Но если необходимо изготовить одну или всего несколько отливок (единичное производство), то нерационально изготавливать для этого дорогостоящий кокиль или использовать дорогостоящее литьё по выплавляемым моделям. Поэтому в данном случае может окупиться и является наиболее рациональным применение литья в песчаные формы, для которого можно использовать недорогие деревянные модели.

Масса и размеры отливки. Необходимость изготовить чугунную отливку массой 20000 кг сразу же предопределяет выбор литья в песчаные формы. При массе чугунной отливки 5000 кг уже можно рассматривать и вариант её изготовления литьём в кокиль. Если масса чугунной отливки типа тела вращения – 500 кг, а длина – 5 м, то литьё в кокиль не подойдёт из-за габарита отливки, и надо рассматривать возможность её изготовления либо литьём в песчаные формы, либо центробежным литьём. Если полая отливка из цветного сплава имеет толщины стенок или рёбер жёсткости 0,5 мм, то следует сопоставлять возможности применения литья по выплавляемым моделям и литья под давлением.

Сложность формы отливки. В зависимости от конфигурации, размеров, массы, необходимого количества стержней и особых технических требований отливки делят на шесть групп сложности. Наиболее простые отливки относят к первой группе, которая характеризуется гладкими и прямолинейными наружными поверхностями с наличием невысоких усиливающих рёбер, фланцев, отверстий, а также внутренними поверхностями простой формы. Типовые изделия – крышки, фланцы, муфты, колёса вагонеток. Самые сложные отливки относят к шестой группе, которая характеризуется криволинейными наружными поверхностями, имеющими рёбра, кронштейны и фланцы значительной протяжённости, пересекающиеся друг с другом под различными углами, а также внутренние полости особо сложной конфигурации с затруднёнными выходами на поверхность отливки. Типовые изделия – станины специальных металлорежущих станков, сложные корпуса насосов, рабочие колёса гидротурбин.

Самые сложные отливки можно получить литьём в песчаные формы, а литьём в кокиль изготовляют наиболее простые формы, также как и центробежным литьём, которое, к тому же, используют, как правило, для изготовления отливок типа тел вращения.

Требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности. Если выбранный способ литья обеспечивает получение отливок с заданной точностью размеров и шероховатостью поверхности, то это может исключить необходимость механической обработки этой поверхности и позволить сохранить литейную корку, которая обладает повышенными твёрдостью, усталостной прочностью и износостойкостью, что может быть исключительно важно для некоторых видов изделий. К тому же высокоточное литьё, дающее минимальные припуски на механическую обработку, экономит металл и снижает общую трудоёмкость изготовления. Однако при этом увеличиваются расходы на литейное оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому, строго говоря, при выборе метода получения отливки следует проводить технико-экономический анализ не одного (литейного), а двух этапов производства – заготовительного (литейного) и механообрабатывающего. При этом может оказаться, что, несмотря на следование основополагающему принципу максимального повышения КИМ и снижения объёма механической обработки, в целом применение более сложного и дорогостоящего способа литья будет экономически невыгодным.

Приведём поясняющий пример. Допустим, при получении отливки литьём в песчаную форму её стоимость составляет 20 руб. Низкая точность и чистота поверхности этого вида литья обуславливают значительный объём окончательной механической обработки, стоимость которой оставляет 30 руб. Таким образом, в этом случае стоимость детали составит 50 руб. При использовании литья по выплавляемым моделям за счёт значительного повышения точность и чистоты поверхности, а также снижения припусков втрое сокращается необходимый объём окончательной механической обработки, стоимость которой составит уже только 10 руб. Поскольку меньше металла надо удалять в стружку, то будет достигнута и экономия на металле, необходимом для производства данной детали, которая составит, скажем, 6 руб. Однако стоимость отливки, полученной литьём по выплавляемым моделям в 2,8 раза превышает стоимость её получения литьём в песчаные формы, т.е. составит 56 руб. Таким образом, в целом при использовании литья по выплавляемым моделям будем иметь стоимость детали 56+10–6=60 руб. Следовательно, производимая деталь станет на 10 рублей дороже, т.е., несмотря на получение целого ряда плюсов от замены литья в песчаные формы на литьё по выплавляемым моделям, в данном случае такая замена будет экономически невыгодной.

Технологические свойства материала отливки. Допустим, отливка по своей форме и другим показателям хорошо подходит для литья в кокиль. Однако если её материал обладает высокой усадкой, то от литья в кокиль придётся отказаться, чтобы избежать получения непригодных изделий из-за трещин и усадочных раковин. А при изготовлении отливки из высоколегированной стали, характеризующейся низкой жидкотекучестью, обычно следует применять литьё по выплавляемым моделям, но не литьё в кокиль или песчаную форму.

Иногда к получаемым отливкам предъявляют требования обеспечения определённой, например, равномерной мелкозернистой, структуры, что также диктует определённый выбор способа литья. Для уникальных специзделий (например, космического корабля) определяющей может являться не экономическая целесообразность, а гарантированное получение необходимых служебных характеристик детали. В этом случае вполне возможно затратное изготовление кокиля или пресс-формы для производства всего одной отливки.

Производственные возможности предприятия. Выбор способа получения отливки в условиях конкретного действующего предприятия следует согласовывать с его производственными возможностями. Допустим, предприятию необходимо изготовить 100 штук чугунных труб с фланцем, аналогичных показанной на рис. 3.20. Для этого наиболее хорошо подходит способ центробежного литья. Но у данного предприятия нет машины центробежного литья, нет свободных площадей для её установки и нет персонала, обученного работе на такой машине, её обслуживанию и ремонту. Кроме того, неизвестны перспективы по дальнейшему производству аналогичных изделий, т.е. неизвестно, будет ли машина центробежного литья использоваться и далее. Но зато на предприятии хорошо освоено универсальное литьё в песчаные формы. Поэтому в данном случае будет более рациональным изготовить необходимые отливки менее технологичным, но уже хорошо отработанным способом литья, чем заниматься требующим времени и средств приобретением нового оборудования, поиском площадей для его размещения, а также обучением обслуживающего персонала.

Таким образом, выбор рационального способа изготовления отливок является многокритериальной задачей, оптимальное решение которой зависит от многих конкретных факторов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник