Способы получения комбинированные заготовки

Комбинированные методы получения заготовок

Комбинированные методы применяют для изготовления круп­ных и сложных заготовок ответственных машин: станин крупных прессов и станин корпусов паровых турбин низкого давления сложных по конструкции корпусов. Такие заготовки разделяют на отдельные простые элементы, которые отливают, штампуют, вы­резают газовой сваркой или другими методами, обрабатывают по сопрягаемым поверхностям и соединяют сваркой в одну сложную крупную заготовку. Иногда предварительно обработанные резани­ем заготовки устанавливают в форму и заливают расплавом метал­ла, получая заготовки средних размеров. Это позволяет изготавли­вать отдельные элементы конструкции из материалов с заданными свойствами. Применение литосварных, штампосварных, предва­рительно обработанных элементов и залитых в одной форме заго-

товок позволяет снизить трудоемкость механической обработки на 20—40% и уменьшить расход металла на 30%.

Получение заготовок методами порошковой металлургии

Порошковая металлургия, заметно прогрессирующая за послед­ние годы, составляет отрасль технологии, занимающуюся получе­нием исходного сырья — порошков и изделий из них. Порошки — это смеси из чистых металлов, сплавов, карбидов металлов, металг лов и неметаллов и т.д. Методы порошковой металлургии позволяют управлять процессом создания заранее заданных свойств деталей: износостойкости, жаропрочности, магнитных и антимагнитных свойств. Форма заготовок, полученных из порош­ков и подвергаемых в дальнейшем механической обработке, мак­симально приближена к форме детали, что существенно экономит материал. Из порошков изготовляют самые разнообразные изде­лия, весьма сложные по конфигурации: лопатки турбин и комп­рессоров, зубчатые колеса, подшипники, плунжерные пары, коль­ца прядильных и крутильных машин и др.

Применение метода для производства заготовок конструкцион­ного назначения оправдано лишь значительным эффектом. Техно­логия получения заготовок методом порошковой металлургии вклю­чает: приготовление и дозирование шихты нужного состава и кон­систенции, формование заготовки, спекание, термообработку, калибрование или механическую обработку, диффузионное или галь­ваническое покрытие, пропитку поверхностного слоя веществами, улучшающими антифрикционные свойства рабочих поверхностей.

Достоинство порошковой металлургии в возможности изготов­ления заготовок из тугоплавких материалов, псевдосплавов (медь — вольфрам, железо — графит), пористых материалов для подшипников скольжения.

Метод порошковой металлургии позволяет изготавливать заго­товки, требующие только отдельной механической обработки. Так, зубчатое колесо сателлита редуктора автомобиля, полученное по­рошковой металлургией, обеспечивает зубчатое зацепление по седьмой степени точности и посадочный внутренний диаметр по седьмому квалитету; позволяет использовать его без последующей механической обработки.

Экономичность метода порошковой металлургии проявляется при достаточно больших объемах производства из-за высокой

стоимости технологической оснастки и исходных материалов. Практикой установлено, что при массе заготовок 30—50 г и про­грамме выпуска менее 10000 шт./год в большинстве случаев невы­годно изготовлять заготовки порошковой металлургией.

Получение заготовок из пластмасс

Пластмассы — неметаллические материалы, вырабатываемые из естественных и искусственных смол в смеси с другими веще­ствами, бывают термореактивными (одноразового использования) или термопластичными (не полимеризуются). К первым относят­ся фенопласты и аминопласты, ко вторым — нитрол, целлулоид, полистирол, полихлорвинил и др. При изготовлении деталей к смолам добавляют пластификаторы, наполнители, красители, огвердители.

Пластмассу обрабатывают прессованием, литьем, штамповкой, выдуванием, вакуумированием и механически. Из пластмасс из­готовляют зубчатые колеса, вкладыши подшипников качения, ло­пасти вентиляторов, наконечники для рукояток и др.

Значительное количество деталей из пластмасс получают ме­ханической обработкой (точением, растачиванием, фрезеровани­ем, сверлением). При обработке некоторых пластмасс (например, стеклотекстолита) режущий инструмент затупляется и изнаши­вается быстрее, чем при обработке металлов. Это обусловлено низкой теплопроводимостью, ухудшающей теплоотвод из зоны резания, высоким абразивным действием пластмасс, необходи­мостью применения более острых резцов (из-за относительной мягкости материала). Однако существует стойкая тенденция от­каза во всех возможных случаях от механической обработки пластмасс.

ВЫБОР ЗАГОТОВОК

Выбрать заготовку означает установить способ ее получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления. Необ­ходимо учитывать конфигурацию, размеры и вес детали. Материал заготовки должен соответствовать требованиям, предъявляемым к детали. Следует также учитывать точность и качество заготовок и периодичность их использования.

При выборе заготовок учитывают:

• назначение детали, материал и технические условия. Для этого необходимо изучить работу детали в узле или машине, устано­вить требования по прочности и ясно себе представить, с какой точность должна быть изготовлена деталь;

• масштаб и серийность выпуска. Нельзя, например, назначать изготовление штамповки без учета масштаба выпуска. При ма­лой серийности штамповка может оказаться экономически не­выгодной и заготовку лучше получать свободной ковкой, не изготовляя дорогих штампов;

• тип и конструкцию детали. Следует обращать внимание на фор­му заготовки, распределение ее массы, чтобы правильно ре­шить, отливать или штамповать деталь, либо применить другие методы получения заготовки, обеспечивающие необходимую плотность металла, снижение остаточных внутренних напряже­ний и т.п.;

• размеры деталей и оборудования для их обработки. Нельзя вы­бирать заготовку, исходя из предыдущих факторов и не считаясь с размерами заготовки, ибо на заводе может не оказаться необ­ходимого по мощности оборудования, чтобы выполнить, на­пример, штамповку; возможно, в данном случае следует перей­ти на литье и т.д.;

• экономичность изготовления заготовки. В некоторых случаях окончательное решение о выборе заготовки принимается толь­ко после технико-экономического сравнения двух и более ва­риантов.

В производственных условиях технологи заготовительного и механического цехов могут встретиться с ситуацией, когда выбор заготовки предопределен, т.е. метод изготовления заготовки опре­деленного вида производства задан конструктором, а технолог лишь уточняет его.

Вторая ситуация, когда выбор заготовки конструктор оставляет за технологом.

Первая ситуация характерна для массового, крупносерийного и серийного производств, вторая — для единичного, мелкосерий­ного и серийного.

Первый вариант — результат длительного совместного труда конструктора с технологом механического и заготовительного це­хов, основанный на опыте работы детали в процессе эксплуатации машины с учетом ее доработок и доводок. Это характерно для

большинства ответственных деталей, определяющих работоспо­собность машин, например деталей блоков цилиндров и гильз, коленчатых и распределительных валов, шатунов, поршневых ко­лец, лопаток и дисков турбин и др. Известно, что исходной заго­товкой блока цилиндров из серого чугуна автомобильного двига­теля в массовом производстве является отливка в землю при ма­шинной формовке; для блока цилиндров из алюминиевых сплавов — отливка, изготовленная литьем под давлением или в кокиль; заготовками для гильз цилиндров в массовом производстве служат отливки, выполненные методом центробежного литья.

В последнее время применяют метод центробежного литья в облицованный кокиль.

Преимущества центробежного литья и литья в кокиль позво­ляют при этом свести минимальный припуск на механическую обработку самой ответственной поверхности гильзы диаметром 120+ 0 — 03 мм — «зеркала цилиндра» — до 2Z_{o min} = 3,5—5,5 мм.

Следует отметить, что выбор конструктором метода изготовле­ния заготовки для ответственных деталей часто носит дифферен­цированный характер. Часто для деталей массового производства разрабатывают новые процессы и специальные методы изготовле­ния заготовок. В последнем случае, учитывая, что серийным про­изводством выпускается 75—80% машиностроительной продукции, выбор технологического процесса изготовления заготовок является задачей технико-экономической, определяющей эффективность производства. В этих условиях заготовку часто выбирает технолог.

Имея чертеж исходной заготовки, чертеж детали с указанием ее конфигурации, размеров, материала, технических условий, данные по объему выпуска, нормативные материалы, заготовку выбирают в следующей последовательности: процесс, метод, оборудование. Основа процесса — принятый метод изготовления заготовки. Структура процесса, его содержание определяется степенью слож­ности изготовляемой заготовки, соответственно требует примене­ния одного или нескольких методов для его выполнения.

В первую очередь рассматривают технологические возможности материала, приведенные конструктором на чертеже детали, влия­ние степени его легирования на обрабатываемость.

Если материал детали обладает литейными свойствами и в то же время хорошо обрабатывается давлением, выбор процесса и мето­да изготовления заготовки связывают с обеспечением заданного качества детали, т.е. с техническим условием на изготовление.

В результате анализа исключают многие процессы и методы, устанавливают степень технического совершенства принятых ре­шений, выбирают возможные варианты, уточняют их.

Для полной оценки варианта, если располагают материалами, выполняют технико-экономический анализ, критерий которого себестоимость. Варианты сравнивают по изменяющимся статьям затрат: стоимости материала, инструмента, технологической оснастки (штампы, пресс-формы, формы, модели и т.д.), оборудо­вания; заработной плате; электроэнергии. Учитывают и другие статьи затрат, если они приводят к значительному изменению ва­рианта.

Подобный расчет требует большого количества нормативных, справочных и фактических данных, поэтому затруднителен для выполнения. На практике для ориентировочных расчетов по эко­номике используют статистические материалы, приложения, гра­фические зависимости и т.п.

Опыт показывает, что в большинстве вариантов затраты на ма­териал при определении себестоимости заготовки являются опре­деляющими и зависят от потерь металла, которые достаточно ве­лики.

В станкостроении потери металла при производстве отливок средней сложности из стали и чугуна составляют 35—54%, а при изготовлении исходных заготовок методами пластических дефор­маций 5—37%. Особенно велики потери металла при ковке из слит­ков на молоте (29—37%) и прессе (20—33%). При штамповке из проката на молотах потери 13—26%, а на ГКМ — 5-13%.

Потери металла в стружку при механической обработке также зависят от исходных заготовок и составляют 30—50% для прутков стального проката, 30—45% для поковок, 10—30% для штампован­ных поковок, 15—20% для чугунных отливок в песчаные формы и 10—15% для оболочкового литья.

Потери металла в стружку частично компенсируются при ее переплавке, однако 20% металла стружки уходит на угар, часть улетучивается при окислении, теряется при транспортировке.

В среднем около 20% металла теряется при изготовлении поко­вок на молотах и прессах и 30—35% при их последующей механи­ческой обработке. Отсюда следует: общие потери металла при из­готовлении деталей из таких поковок составляют 50%. Поэтому выбор метода с малыми припусками всегда приводит к снижению трудоемкости и себестоимости изготовления детали.

Использование комплексных заготовок для групп деталей при­водит к экономии затрат на технологическую оснастку и при чер­новой обработке. При выборе заготовки необходимо учитывать одновременное влияние всех перечисленных факторов. Оконча­тельное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

Источник

Виды заготовок и методы их получения

Под заготовкой понимается изделие, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Для получения детали из заготовки ее подвергают механической обработке, в результате которой удалением слоя материала с отдельных (или всех) ее поверхностей получают заданные конструктором на чертеже геометрическую форму, размер и свойства поверхностей детали. Удаляемый слой материала называется припуском. Он необходим для надежного обеспечения геометрических характеристик и чистоты рабочих поверхностей детали. Величина припуска зависит от глубины дефектов поверхности и определяется видом и способом получения заготовки, ее массой и габаритами.

Кроме припусков при механической обработке удаляются напуски, которые составляют часть объема заготовки, добавляемую иногда для упрощения технологического процесса ее получения.

Заготовки простой конфигурации (с напусками) дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки. Однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала. Очевидно, что для каждого конкретного метода изготовления заготовки существует оптимальная точность и оптимальный объем выпуска.

Заготовительное производство является составной частью любого автотракторного завода, образуя первый технологический передел.

Заготовки принято различать по виду, отражающему характерные особенности базового технологического метода их изготовления.

Выделяют следующие виды заготовок:

заготовки из проката (получаемые отрезкой);

сварные и комбинированные заготовки;

получаемые методами порошковой металлургии.

Заготовка может быть штучной (мерной) или непрерывной, например пруток горячекатаного проката, из которого разрезкой могут быть получены отдельные штучные заготовки.

Развитие машиностроения привело к появлению заготовок, получаемых из конструкционной керамики.

Заготовка каждого вида может быть изготовлена одним или несколькими способами, родственными базовому. Так, например, отливка может быть получена литьем в песчаные или оболочковые формы, в кокиль и т.д.

Литьем получают заготовки фактически любых размеров простой и очень сложной конфигурации почти из всех металлов и сплавов, а также и из других материалов (пластмассы, керамики и т.д.). Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, трещины, получающиеся в горячем или холодном состоянии), которые часто обнаруживаются только после черновой механической обработки.

Обработкой металлов давлением получают кованые и штампованные заготовки, а также машиностроительные профили. Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении крупных, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к объемным свойствам материала. Штамповка позволяет получить заготовки близкие по конфигурации к готовой детали. Механические свойства заготовок, полученных обработкой давлением, выше, чем литых. Машиностроительные профили изготовляют прокаткой, прессованием, волочением.

Заготовки из проката применяют в единичном и серийном производствах. Прокат выбранного профиля резкой превращают в штучные заготовки, из которых последующей механической обработкой изготовляют детали. Совершенство заготовки определяется близостью выбранного профиля проката к поперечному сечению детали (с учетом припусков на обработку).

Сварные и комбинированные заготовки изготовляют из отдельных составных элементов, соединяемых между собой с помощью различных способов сварки. В комбинированной заготовке, кроме того, каждый составной элемент представляет собой самостоятельную заготовку соответствующего вида (отливка, штамповка и т.д.), изготовленную выбранным способом по самостоятельному технологическому процессу. Сварные и комбинированные заготовки значительно упрощают создание конструкций сложной конфигурации. Неправильная конструкция заготовки или неверная технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработкой.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требуют незначительной, часто только отделочной обработки.

Заготовки из конструкционной керамики применяют для теп-лонапряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей.

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной.

Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать утвержденным техническим условиям. Поэтому их подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д. Обычно проверяют химический состав, механические свойства материала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.

У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, имитируя схему установки, принятую для первой операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже, обладать соответствующими ему механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок — рыхлоты, раковины, посторонние включения; для поковок — пористость и расслоения, трещины по шлаковым включениям, «шиферный» излом, крупнозернистость, шлаковые включения; для сварных конструкций — непровар, пористость металла шва, шлаковые включения).

Дефекты, влияющие на прочность и внешний вид заготовки, подлежат исправлению. В технических условиях должны быть указаны вид дефекта, его количественная характеристика и способы исправления (вырубка, заварка, пропитка различными химическими составами, правка).

Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны иметь пригаров, спаев, ужимин, плен, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особенно тщательно должны быть очищены полости отливок. Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонений от прямолинейности более заданных. Заготовки, у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет на качество и точность работы машины, подлежат обязательному естественному или искусственному старению согласно технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.

Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении и проверке технологической оснастки (моделей и приспособлений), должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров, литейных и штамповочных уклонов.

Источник