Методы изготовления сварных заготовок

В тех случаях, когда производство цельных заготовок связано с большими технологическими трудностями, целесообразно изготавливать их сварными.

Упрощение изготовления сварных конструкций по сравнению с отливками и поковками ведет к сокращению сроков освоения производства, снижению трудоемкости и себестоимости изготовления заготовок. В связи с уменьшением толщины стенок и упрощением конструкции изделий применение сварных заготовок взамен литых дает экономию металла до 30…60%. Кроме того, удельные капитальные вложения на 1 т сварных заготовок примерно в 3 раза меньше, чем на 1 т стального литья. варные конструкции классифицируются:

по методу получения исходных заготовок (листосварные, штампосварные и др.);

-по целевому назначению (авиационные, автомобильные и др.);

-по толщине свариваемых элементов (тонкостенные или толстостенные);

-по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и др.).
В зависимости от характерных особенностей работы конструкций, выделяют следующие типы сварных изделий: балки, колонны, оболочковые и корпусные конструкции, станины, валы, колеса и т.п.
Элементы сварных заготовок изготавливают из различных материалов при толщине от десятых долей миллиметра до 1000 мм и более. Практически все сварные изделия в процессе их изготовления подвергаются термической обработке перед окончательной механической обработкой резанием для снятия остаточных напряжений. В зависимости от используемой энергии для образования сварного соединения все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

Методы изготовления точных заготовок

Отливка заготовок деталей.

Значительную часть заготовок из стали, чугуна и цветных металлов получают литьем в разовые, постоянные и полупостоянные формы.

Литье в оболочковые формы. Толщина стенок заготовок, отлитых в оболочковые формы, для стали — 5 мм, алюминиевых сплавов — 2 мм, чугуна — до 3 мм. Точность отливок — 13-й квалитет, шероховатость поверхности Ка 10… 2,5 мкм. Область применения — серийное и массовое производство, стоимость оболочкового литья примерно в 2 раза выше земляного.

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления заготовок небольшой массы (до 3 кг), отличающихся высокой точностью, сделанных из высоколегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов Основная цель применения такого литья — максимальное сокращение механической обработки заготовок. Точность — 12-й квалитет, шероховатость поверхности Яа 10… 2,5 мкм. Особенно эффективен этот способ литья при изготовлении заготовок сложной формы, например лопаток турбин, зубчатых колес, лопастей колес вихревых насосов и т.п.

Литье в кокиль применяют в основном для изготовления заготовок из цветных сплавов, так как более высокая температура плавления черных металлов вызывает интенсивное изнашивание дорогостоящего кокиля. Последний представляет собой постоянную металлическую разъемную форму, охлаждаемую водой.

Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве, оно обеспечивает точность в пределах 12 — 14-го квалитетов и шероховатость поверхности отливок На 20… 2,5 мкм. По сравнению с литьем в землю кокильное литье повышает производительность труда в 2 раза, а затраты на формовочные материалы снижаются в 2,5 раза.

Литье под давлением в металлические формы применяют для изготовления из цветных сплавов сложных тонкостенных отливок с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок. Пресс- формы из жаростойких сплавов допускается нагревать до 1 ООО «С. Поэтому таким способом изготавливают отливки из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, латуни и бронзы. Отливки имеют мелкозернистую структуру, вследствие чего прочность их в 1,5 раза выше, чем у отливок в землю. Литье под давлением является наиболее высокопроизводительным способом получения литых заготовок.

Заготовки, полученные литьем под давлением, имеют точность по 11 — 12-му квалитетам и шероховатость Ка 5…0,63 мкм. Литье под давлением — высокопроизводительный процесс (200 —400 отливок в час), который выполняется на специальных машинах с применением сложной оснастки. Жидкий металл подается в пресс- форму под давлением 100 МПа. Стойкость пресс-форм составляет для цинкового литья 150000 отливок, для медного — 5000.

Получение заготовок обработкой давлением. В производстве широко используют единичные заготовки, полученные методом пластического деформирования металла. Основные разновидности этого метода — свободная ковка, штамповка на молотах и прессах, чеканка (калибрование), высадка на горизонтально-ковочных машинах, вальцовка на ковочных вальцах, поперечно-винтовая Прокатка, редуцирование на ротационно-ковочных машинах, холодная высадка на автоматах и штамповка выдавливанием.

Свободной ковкой, осуществляемой на молотах и гидравлических прессах без применения штампов с подогревом заготовки до температуры пластического деформирования, получают поковки массой от нескольких килограмм до сотен тонн в условиях единичного и мелкосерийного производства. Полученные заготовки имеют большие припуски и напуски для обработки резанием, точность их низкая (порядка 17-го квалитета), а дефекптый слой весьма значительный. Этот способ пластического деформирования — грубый, но универсальный и дешевый.

Горячую объемную штамповку с подкладными штампами используют как дополнительную операцию, повышающую точность и производительность свободной ковки при изготовлении мелких и средних заготовок. Применение подкладных штампов рентабельно при минимальных партиях заготовок 50 — 200 шт.

Штамповку можно выполнять на открытых (облойных) и закрытых (безоблойных) штампах на молотах и штамповочных прессах. Масса заготовки до 100 кг. Штампы могут быть одноручьевыми и многоручьевыми.

Горячая штамповка в открытых штампах (рис. 6.2, о) на прессах более производительна, чем на молотах, поскольку на прессе заготовка штампуется за один хол пресса, а на молоте — за несколько ударов.

Штамповкой в закрытых штампах (рис. 6.2, 6) изготавливают обычно заготовки, имеющие форму тел вращения или близкую к ней. При изготовлении сложной заготовки ее предварительно обжимают в специальном штампе, после чего штампуют в закрытом безоблойном штампе. Безоблойная штамповка повышает точность заготовки и снижает расход металла, требует более мощных прессов и точного расчета объема металла, потребного для заготовки.

Чеканку используют для повышения точности и качества заготовок, полученных горячей штамповкой, в этом случае обрабатывают только те поверхности заготовки, к которым предъявляются повышенные требования (поверхности черновых технологических баз). Различают плоскую и объемную чеканку.

Штамповка холодным выдавливанием представляет собой пластическое деформирование, при котором металл течет в отверстие матрицы или в зазор между пуансоном и матрицей, чем обеспечивается получение тонкостенных заготовок сложной формы. Материалом заготовок служит алюминий, медь, латунь, цинк, мягкая сталь марок 08, 10, 15, 20, 25.

Существует три разновидности холодного выдавливания: прямое, обратное и комбинированное.

Вальцовку на ковочных вальцах применяют для предварительного и окончательного обжатия заготовок деталей, изготавливаемых из полосы или прутка (шатуны, вилки, гаечные ключи, рычаги и т.п.).

Ввиду кратковременности процесса вальцовки (4… 5 с) сразу же можно выполнять последующую штамповку без дополнительного подогрева. Такое сочетание повышает производительность, снижает расход металла на 10… 15 % и обеспечивает более благоприятное расположение волокон материвла.

Поперечно-винтовую прокатку используют в серийном и массовом производстве для изготовления заготовок с поверхностями тел вращения.

Листовая штамповка — способ изготовления плоских и полых изделий с помощью штампов из листов, полос и лент из малоуглеродистой стали, меди, магниевых и других цветных сплавов. При толщине листа до 15 мм обработка происходит в холодном состоянии. При штамповке сложных по форме деталей с глубокими полостями исходная заготовка должна обладать высокой пластичностью, мелкозернистой структурой, равномерной толшиной.

Линейная штамповка включает в себя последовательное или параллельное выполнение следующих операций: разделительных (отрезки, вырубки, пробивки) и формоизменяющих (гибки, вытяжки, формовки, обжима, отбортовки). Схемы отрезки различными способами показаны на рис. 6.8, приемы листовой штамповки — на рис 6.9.

Получение заготовок методом порошковой металлургии. Данный метод используют для изготовления точных деталей без последующей механической обработки. Порошки получают дроблением предварительно переработанной стружки в шаровых мельницах и на бегунках (величина частиц порошка 0,04…0,1 мм). Измельченные порошки разделяются на фракции при просеивании через металлические или шелковые сита. Смешение порошков производится в барабанах или шаровых мельницах, спекание — в газовых или электрических печах при выдержке от 15 мин до 24 ч п зависимости от размеров изделий и спекаемости материала. Для повышения точности деталей их после спекания калибруют.