Заготовительное производство машино- и приборостроительных предприятий. Краткая характеристика методов получения заготовки

Заготовки, из которых изготавливаются детали в основном обработкой резанием, имеют большое значение в производстве машин. Тип заготовки, а значит ее конфигурация и размеры, определяют материалоемкость производства, оцениваются, в частности, коэффициентом использования металла (КИМ) — отношением масс детали и заготовки. Известно, что заготовка отличается от детали припусками на обрабатываемые поверхности и напусками.

Припуск — это слой металла, который удаляется с заготовки, для получения заданных чертежом формы, размера и шероховатости поверхности детали.

Напуск — это слой металла, который назначается сверх припуска, как, например, штамповочные или литейные уклоны, применяемые для облегчения извлечения штампованной поковки из штампа и отливки или модели из литейной формы. Напуск применяется и для упрощения конфигурации поковки или отливки. Так в поковках и отливках не выполняются мелкие отверстия, упрощается ступенчатая поверхность вала или значительного по размерам отверстия. Таким образом, упрощается конфигурация заготовки, удешевляется ее изготовление. Однако это приводит к увеличению массы заготовки и трудоемкости последующей механической обработки. Даже в случае применения таких прогрессивных заготовок, как кокильная отливка или штампованная поковка, КИМ не превышает обычно 0,5-0,6.

Основными видами заготовок являются прокат, прессованные и волоченные профили, отливки, поковки и сварные.

Прокатпоставляется металлургическими заводами в виде товарных заготовок, сортовых и фасонных профилей общего, отраслевого и специального назначения, труб, гнутых и периодических профилей.

Товарные заготовки — это обжатые квадратные болванки (блюмы), которые применяются для ковки заготовок крупных валов, рычагов, тяг и т. п.

Простые сортовые профили общего назначения, круглые, квадратные, шестигранные и полосовые, используются для ковки и штамповки мелких и средних заготовок, а также для изготовления методами обработки резанием гладких и ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров ступеней, стаканов, втулок, рычагов, клиньев, фланцев.

Фасонные профили проката общего назначения — это сталь угловая равно- и неравнополочная, швеллеры и балки двутавровые, применяются для изготовления металлоконструкций (рам, плит, кронштейнов и др.).

Фасонные профили проката отраслевого и специального назначения применяются для вагоностроения, автопромышленности, сельхозмашиностроения, электротехнической промышленности и др.

Трубный прокат. Стальные бесшовные горячекатаные, холоднотянутые и холоднокатаные трубы применяются для изготовления трубопроводов высокого давления и в качестве заготовок для цилиндров, втулок, гильз, шпинделей, пустотелых валов и т. д. Сварные трубы применяются для изготовления трубопроводов низкого и среднего давления (водопровода, воздухопровода, газо- и нефтепроводов).

Гнутые профили проката, уголки, швеллеры, С-образные, Z-об-разные, гофрированные листы и др., применяются для изготовления различных конструкций — оснований, кронштейнов, в том числе рам и кузовов транспортных устройств.

Горячепрессованные профили сложной формы сечения — полузамкнутые, пустотелые трубы — изготовляются на гидравлических прутковых или прутково-профильных прессах чаще из алюминиевых и медных сплавов. Эти профили применяются для изготовления конструкций, направляющих элементов, скоб, прижимов, корпусов, трубопроводов, оконных переплетов.

Периодические профили проката представляют собой заготовки деталей для крупносерийного и массового производства. Профили продольной прокатки служат для изготовления балок передних осей грузовых автомобилей, лопаток, осей; поперечно-винтовой прокатки — для шпинделей машин, осей рычагов; поперечно-клиновой прокатки — для валов электродвигателей, валов коробки передач автомобилей и других деталей типа тел вращения; поперечно-винтовой прокатки — для изготовления шариков и роли­ков подшипников качения, профилированных трубчатых деталей (втулок).

Точность горячекатаного проката ориентировочно соответствует 12-14 квалитетам. Для повышения точности размеров поперечного сечения и уменьшения шероховатости поверхности прокат дополнительно подвергают волочению.

Точность профилей после волочения через фильеру (волоку, волочильную матрицу) достигает 11-12, а через роликовую волоку — 9-11 квалитета. Кроме того, только волочением изготовляют тонкую проволоку, в том числе из меди, алюминия и биметаллов типа медь—сталь, а также специальные профили, например, для изготовления шплинтов.

Отливкиизготовляются путем заливки жидкого металла в подготовленную литейную форму с последующей кристаллизацией, охлаждения его до безопасной температуры, удаления из формы, очистки, отделения литниковой системы (обрубки), зачистки, термообработки и очистки от окалины.

К способам литья в разовые формы относятся литье в разовые, объемные, песчаные формы (ОПФ), оболочковое литье, литье по выплавляемым и газифицируемым моделям. Литье в постоянные формы представляется литьем в кокиль, центробежным, под давлением, вакуумным всасыванием и др.

Литье в ОПФ. Модели чаще всего изготавливают из дерева, реже- из пластмассы, еще реже- из металлических материалов. В подавляющем большинстве случаев модели приходится изготавливать разъемными, при этом плоскости разъема чаще всего совпадают с плоскостями симметрии изделий. Аналогичным образом изготавливают и модели литниковой системы- системы "каналов", по которой расплавленный материал будет поступать в литейную форму. Половинки моделей, включая модели литниковой системы, укладывают плоскостями разъема на модельную плиту, на которую ставят и опоку- своеобразный "ящик" без дна и крышки и эту опоку заполняют специальной песчано-глинистой смесью(формовочной смесью). Эту смесь утрамбовывают и опоки (верхнюю и нижнюю) с утрамбованной смесью вместе с половинками моделей переворачивают. Половинки моделей осторожно извлекают из утрамбованной смеси и в опоках остаются полуформы моделей и литниковой системы. Для получения литейных форм достаточно соединить верхнюю и нижнюю опоки плоскостями, которые лежали на модельной плите

Литье в оболочковые формы. Формовочная смесь приготовляется из кварцевого песка с добавлением в качестве связующего термореактивной смолы. Эта смесь наносится на нагретую металлическую модельную плиту и образует корку толщиной 6-15 мм. Корка после окончательного твердения в печи образует оболочковую полуформу. Пара полуформ скрепляется или склеивается, образуя разовую литейную форму. Несколько оболочек устанавливаются в контейнер и засыпаются песком или дробью для предотвращения разрушения формы давлением жидкого металла. Остальные процессы аналогичны литью в ПГФ.

Литье по выплавляемым моделям наиболее эффективно для особо сложных и особо тонкостенных отливок из любых литейных сплавов. Модели изготовляются из легкоплавких модельных составов, классическим является смесь парафина (50 %) и стеарина (50 %) каждого. Модельный состав, подогретый до полужидкого состояния, запрессовывается в металлическую пресс-форму. После охлаждения модель извлекается. Мелкие модели собираются в модельные блоки. Модельный блок погружается в специальную клеящую суспензию, покрывается слоем кварцевого песка и сушится до 2 часов. Так наносится 2-7 слоев, образующих оболочку — литейную форму. Модельный состав выплавляется паром, горячей водой или в электрической печи сопротивления. Затем несколько оболочек заформовываются в контейнер и прокаливаются в печи для выжигания модельного состава и обжига оболочек, после чего формы заливаются жидким металлом. Затем следуют выбивка, отрубка, очистка, термообработка, контроль.

Литье в кокиль. Кокиль — это металлическая литейная форма, рабочие полости которой часто выполняются литьем. Поэтому кокиль относительно дешев. Кокиль выдерживает от 100 (крупные стальные отливки) до 500 000 (отливки из алюминиевых сплавов) заливок. Повышенная теплопроводность кокилей не позволяет получать очень тонкостенные отливки, но за счет ускоренного охлаждения величина зерен оказывается меньше, чем при литье в разовые формы, и физико-механические свойства отливок выше. Размеры отливок достаточно велики, например, корпус дизельного двигателя. По сравнению с литьем в ПГФ уменьшается трудоемкость процесса и расход формовочных материалов (песчаные стержни применяются только для небольших отверстий), повышается его производительность, уменьшаются припуски и объем последующей механической обработки. Применение литья в кокиль становится эффективным, начиная со среднесерийного производства.

Литье под давлением. Способ позволяет получать самые точные (9 квалитета), самые сложные (корпус карбюратора) отливки преимущественно из сплавов цветных металлов с поверхностью низкой шероховатости (R_а>1,6) с самыми тонкими стенками (до 1 мм). Жидкий металл под давлением поршня машины до 800 МПа запрессовывается в металлическую пресс-форму, из которой после кристаллизации и охлаждения до безопасной температуры отливка удаляется толкателями формы. Далее производится обрубка, очистка поверхности, в необходимых случаях — зачистка. После контроля отливка передается на механическую обработку. Обработке подлежат только посадочные и стыковочные поверхности, а также мелкие резьбовые отверстия. В необходимых случаях отливки из цветных металлов армируются твердыми стальными вставками или подшипниками скольжения, которые перед заливкой жидкого металла устанавливаются в пресс-форму подобно стержням при литье в ОПФ или кокиль. Производительность данного способа (до 400 заливок в час) самая высокая по сравнению с остальными способами литья. Стойкость пресс-форм при литье алюминиевых сплавов составляет от 60 до 200 тыс. заливок. Характерным недостатком литья под давлением является наличие газовой пористости отливок, ухудшающей прочность и затрудняющей термическую обработку. Пористость возникает из-за большой скорости впрыска жидкого металла и невозможности удаления всего воздуха из полости пресс-формы. Литье под давлением применяется обычно при крупносерийном и массовом производстве.

Поковкиизготовляются методами ковки или горячей объемной штамповки (ГОШ) из проката или слитков, нагретых до «ковочных температур». Для снижения потребного усилия поковки могут быть из любых металлических материалов, обладающих достаточной пластичностью в указанном интервале температур. Если литые заготовки не могут обладать высоким комплексом физико-механических свойств из-за неоднородности структуры, присущей литому металлу, то при горячей обработке давлением происходит радикальное изменение структуры и свойств материала.

Сварные заготовкиизготовляются различными способами сварки из сортового, фасонного и листового проката, отливок, поковок или любой их комбинации. Они применяются в случаях, когда необходимо рационально распределить материал в конструкции. Так кованые и штампованные заготовки компактны и имеют сравнительно простые формы. Литые заготовки могут иметь более сложную и рациональную пространственную конфигурацию, но ограничены по минимальной толщине стенки. Сварные заготовки не имеют этого ограничения, например, может быть использован лист самой малой толщины, заданной конструктором. Они широко применяются при изготовлении рам, станин, оснований, ползунов, кронштейнов, конструкций вагонов, автомобилей и других транспортных средств, подъемных кранов. Сваркой изготовляются баки, цистерны и другие сосуды, работающие под низким и высоким давлением, корпусы химических аппаратов различного назначения и др.

Горячая штамповка разделяется на штамповку в открытых штампах (штамповка с облоем) и штамповку в закрытых штампах (безоблойная штамповка). При штамповке в открытых штампах объем заготовки значительно превышает объем поковки, а полость рабочего ручья не замкнута, и деформируемый металл имеет из него выход. Этот избыточный металл вытесняется в конечный момент деформаций между штампами в специальную полость — облойную канавку и образует так называемый облой. Излишек металла заготовки гарантирует получение необходимой поковки, т.к. он обеспечивает заполнение полости штампа. В данном случае облой является технологической необходимостью, но потери металла при штамповке могут достигать 25% и более. Наличие облоя увеличивает усилие деформирования и требует дополнительного оборудования для проведения операции обрезки.

По данной технологии можно получать поковки деталей типа сплошного или полого цилиндра, конуса, призмы с одним или несколькими периферийными элементами в виде фланцев, выступов, прямых или изогнутых отростков, ребер, а также детали, представляющие собой комбинацию нескольких деталей указанных выше типов, соединенные друг с другом периферийными элементами: рычаги, тяги, шатуны двигателей внутреннего сгорания и др.

Штамповка осуществляется на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и винтовых прессах двойного действия на инструменте с поперечным разъемом полуматриц (плоскость разъема перпендикулярна направлению приложения деформирующего усилия).Более эффективно применение многоплунжерных прессов с продольным разъемом инструмента для штамповки поковок крестовин, тройников, угольников.

по мимо прессового оборудования устанавливается печь для подогрева заготовки температура зависит от материала заготовки. Горячей штамповкой можно получать заготовки 16-17 квалитета точности.

Полужидкая штамповка совмещает преимущества литья под давлением и горячей штамповки. В матрицу заливается расплавленный металл, несколько секунд в открытом состоянии находится, затем рабочее состояние ползуна пресса и идет процесс формирования заготовки.

Основное отличие метода полужидкой штамповки от горячей штамповки заключается в том что расплавленный материал заливается в матрицу и затем при помощи пуансона происходит формообразование, после того как заготовка остынет форма разжимается и заготовку удаляют.

+: - Перед горячей штамповкой: структура материала не меняется в результате формообразования.

- усилие штамповки меньше чем при горячей, более тонкие стенки и более сложная форма

Перед литьём: низкая шероховатость, более быстрый метод, формообразование происходит при более низкой температуре что уменьшает износ матрицы и пуансона.

в заготовке отсутствует газовая пористость, т.к. при заливке металла воздух выходит из матрицы.

Дозировка осуществляется мерильным ковшом, из пресса должна находится тигельная печь, точность заготовок 12 квалитет. 5 класс шероховатости.

Технологические возможности метода:

Данный метод позволяет качественно получать заготовки с толщиной стенок от 1 мм

При этом уровень шероховатости напрямую зависит от поверхности штампа и материала заготовки.