Заготовки и заготовительное производство. Основные принципы выбора способа получения заготовок. Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Все виды и марки материалов, входящих в состав готового машиностроительного изделия, прежде чем превратиться в него, претерпевают в ходе производственного процесса ряд последовательных структурных и параметрических превращений. В общем случае схема превращения исходных материалов в готовое изделие показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1.

Процессы получения заготовок тесно связаны с последующей размерной обработкой. Трудоемкость последней в большой степени зависит от точности выполнения заготовок и приближения их конфигурации к конфигурации готовых деталей. Поэтому технология машиностроения развивается в направлении комплексного процесса изготовления деталей, включающего получение заготовки и последующую размерную обработку. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства.

Определение понятия детали и сборочной единицы было дано в гл. 2. Дополним их понятиями полуфабриката и заготовки.

Полуфабрикат – конструкционный материал, прошедший одну или несколько стадий обработки (лист, труба, пруток, профиль и т.п.), предназначенный для изготовления заготовок и деталей. Полуфабрикат является промежуточным звеном в цепочке от материалов, до готовой продукции.

Заготовка – предмет производства, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготовляют элементы конструкции изделия. К заготовкам деталей относят: отливку, штамповку, прокатку, ковку и др.

К заготовительным процессам преобразования полуфабрикатов в заготовки относят: разрезку, рубку, правку и т.п.

Правка – операция, связанная с устранением или уменьшением местных и общих деформаций заготовки. Правка проката предшествует его резке на мерные заготовки, которые в некоторых случаях также подвергают правке. Правкой уменьшают припуск па последующую механическую обработку заготовки. Ее выполняют па правильных валках, прессах, правильно-растяжных машинах, правильно-калибровочных станках и т.д. (рис. 6.2).

Рис. 6.2.

а – для прутка, труб; б – для листа

Показанный на рис. 6.2, а станок предназначен для правки любого прутка: холоднотянутого, горячекатаного, гладкого или рифленого, а также резки его в размер. На рис. 6.2, б показан станок для правки крупногабаритного листового материала.

Резку заготовок из проката обычно проводят по упору па ленточнопильных станках, отрезных ножовочных станках, дисковых пилах и др.

В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных работ в машиностроении составляет 40–45% общей трудоемкости производства изделий машиностроения. Главная тенденция в развитии заготовительного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точности их формы и размеров.

Выбор рационального вида заготовок (материала, способа изготовления, конструктивной формы) – один из важнейших факторов борьбы за экономное расходование машиностроительных материалов и снижение себестоимости деталей. Он определяется функциональными требованиями к детали, характером производства, экономической целесообразностью. Существует универсальная технологическая классификация методов изготовления заготовок и деталей, позволяющая в первом приближении начать выбор.

Исходя из конструктивных форм, габаритных размеров, марки материала и необходимого количества выпускаемых деталей в единицу времени определяют метод получения заготовки. При этом основываются только на технологических свойствах данного материала, таких как возможность литья, штампуемость, прессуемость, свариваемость, обрабатываемость резанием. Выбор метода получения заготовки схематично представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3.

В процессе изготовления заготовок и деталей применяют различные виды энергии: механическую, тепловую, акустическую, электрическую, магнитную, световую, химическую, радиационную и др. и их сочетания: электромагнитную, электротермическую, электрохимическую; термомеханическую и др.

Используемые энергетические поля разделяют на стационарные и нестационарные, волновые, импульсные и т.п.

Припуск на механическую обработку – это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки с целью получения требуемых по чертежу формы и размеров детали. Припуски назначают только на те поверхности, требуемые форма и точность размеров которых не могут быть достигнуты принятым способом получения заготовки.

Припуски делят на общие и операционные. Общий припуск на обработку – это слой материала, необходимый для выполнения всех технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Oneрационный припуск – это слой материала, удаляемый при выполнении одной технологической операции.

Припуск измеряют по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных. В качестве примера на рис. 6.4 показан общий припуск на обработку заготовок (проката, поковки, отливки).

Рис. 6.4.

а – из проката; б – поковки; в – отливки

Помимо припуска заготовки часто формируются с напуском.

Напуск – это избыток материала на поверхности заготовки сверх припуска, обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев он удаляется последующей механической обработкой, реже остается в детали, например, в виде штамповочных уклонов, увеличенных радиусов закруглений и др.

Все заготовки, независимо от методов их получения, должны иметь минимальный припуск, а следовательно, их геометрические размеры должны приближаться к геометрическим размерам готовых деталей, но при этом обеспечивать заданное по рабочей документации качество (по размерам и шероховатости поверхности). Обеспечение минимального припуска повышает коэффициент использования материала и уменьшает трудоемкость дальнейшей обработки.

Заготовки в процессе их формирования должны соответствовать также следующим требованиям:

• химический состав, структура и зернистость материала должны быть одинаковыми по всему объему заготовки для обеспечения стабильности механических и физических свойств материала заготовки;
• все поверхности не должны иметь раковин, трещин, спаев и механических повреждений, которые могут привести к выпуску некачественных деталей;
• поверхности, используемые как базовые на первой операции их обработки, должны быть чистыми, без заусенцев, остатков литников, прибылей, окалины и других дефектов, иначе это приведет к значительным погрешностям установки при дальнейшей обработке или сборке;
• все внутренние напряжения должны быть сняты за счет применения термообработки (обжига).

Комбинированные методы целесообразно применять для изготовления сложных и крупных заготовок. Обычно их расчленяют на отдельные элементы, изготовляемые прогрессивными способами с последующим их соединением сваркой или пайкой. Примеры заготовок: листоштампованные элементы, соединенные точечной или шовной сваркой или пайкой в одну сложную заготовку; полученные газовой резкой элементы из листового проката (или отливки), соединенные шовной сваркой в крупногабаритные заготовки (фундаментальные кольца гидротурбин, рамы стационарных двигателей внутреннего сгорания); штампованные или обработанные резанием заготовки, залитые в одну сложную заготовку (диафрагмы паровых турбин с залитыми лопатками); средние по размеру отливки, соединенные термитной сваркой в одну крупную и сложную заготовку.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Р.К.

Семипалатинский Государственный Электротехнический колледж

Тема: Виды заготовок в машиностроении

Преподаватель: Ойшиева Г.С.

Студент: Тайшыбаев Ч.Б.

г.Семей-2015

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.

Выделяют следующие виды заготовок:

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).

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

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.

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

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

Заготовки из проката (получаемые отрезкой);

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).

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

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.

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

Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной.

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

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.

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.

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.

Получаемые литьем (отливки);

Получаемые методами порошковой металлургии.

Получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки);

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.

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

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.

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).

заготовка керамика конструкционный деталь

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание способов получения заготовок класса "вал". Сравнительный анализ конструкции заготовок из сортового проката. Способы получения заготовки методом штамповки. Конструктивные характеристики штампованной заготовки. Припуски на механическую обработку.

курсовая работа , добавлен 08.02.2016


Значение припусков на механическую обработку, напусков и операционных размеров заготовок. Методика выбора способа их получения. Основные формы и размеры, а также точность и качество поверхностного слоя. Технологические свойства материала заготовки.

презентация , добавлен 26.12.2011


Понятие и виды изделий. Условное изображение опорных точек. Базы в машиностроении и погрешность базирования заготовок. Понятия о служебном назначении изделия, исполнительные и вспомогательные поверхности. Необходимость обработки свободных поверхностей.

презентация , добавлен 26.10.2013


Автоматизация расчета припусков на обработку заготовок деталей машин. Величина припусков на обработку для интервалов размеров деталей цилиндрической формы. Методы получения заготовок. Факторы, влияющие на распределение припусков по этапам обработки.

дипломная работа , добавлен 14.11.2011


Описание способов получения заготовок класса "вал", сравнительное описание конструкций заготовок: из сортового проката и штампованной, расчет и обоснование экономической эффективности производства. Назначение припусков на механическую обработку.

курсовая работа , добавлен 14.06.2015


Характеристика процесса автоматизации расчета припусков на обработку заготовок деталей машин. Определение величины припусков на обработку для различных интервалов размеров заготовок цилиндрической формы, получаемых при помощи литья, штамповки, ковки.

дипломная работа , добавлен 07.07.2011


Выбор оптимального метода получения заготовки, обеспечивающего технологичность и минимальную себестоимость. Разработка маршрута обработки детали. Выбор технологического оборудования и инструмента. Определение промежуточных припусков, допусков и размеров.

курсовая работа , добавлен 26.02.2014


Работа посвящена технологии изготовления деталей из керамики. Химический анализ и подготовка керамического сырья. Тонкий помол и смешивание компонентов. Способы, которыми осуществляется формование заготовок. Механическая обработка необожженных заготовок.

реферат , добавлен 18.01.2009


Назначение и условия работы детали в узле. Выбор оптимального метода получения заготовки. Химический состав и механические свойства стали. Штамповка и термообработка заготовок. Травление стальных поковок. Люминесцентный и магнитный методы контроля.

контрольная работа , добавлен 11.12.2015


Назначение и тенденция развития заготовительного производства. Примерная структура производства заготовок в машиностроении. Заготовки и их характеристика. Припуски, напуски и размеры, выбор способа получения. Норма расхода металла и масса заготовки.

Материалы и требования, предъявляемые к качеству детали.

Основная тенденция современного машиностроения — примене-ние материалов, обеспечивающих необходимые конструктивные и эксплуатационные свойства, имеющих повышенную обрабаты-ваемость на всех стадиях передела. Иными словами, материалы должны обладать необходимым запасом определенных техноло-гических свойств — ковкостью, штампуемостью, жидкотеку-честью, свариваемостью, обрабатываемостью.

Необходимым технологическим свойством для деформи-руемых материалов является технологическая пластичность . Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качест-венную заготовку методом обработки металлов давлением, тем сложнее технологический процесс, тем выше себестоимость де-тали. Так, при изготовлении поковок из труднодеформируемых высокопрочных сплавов осуществить необходимую степень де-формации за один нагрев не всегда удается, поэтому необходи-мо введение дополнительных промежуточных нагревов, что зна-чительно повышает себестоимость и трудоемкость изготовле-ния поковок. Особенно жесткие требования по технологичес-кой пластичности предъявляют к тем сплавам, изделия из кото-рых подвергают холодной обработке металлов давлением — выдавливанию, вытяжке , гибке , формовке.

При выборе способа получения отливок также необходимо учитывать технологические свойства сплавов. Например, если материал обладает пониженными литейными свойствами (низ-кая жидкотекучесть, высокая склонность к усадке и т.п.), не рекомендуется применять для получения отливок из этого ма-териала такие способы, как литье в кокиль или литье под давле-нием, так как из-за низкой податливости металлических форм могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки и трещины . В таких случаях целесообразно применение способов: оболочковое литье и литье в песчано-глинистые формы.

Сплавы, склонные к повышенному поглощению газов (мно-гие литейные сплавы на основе алюминия), нежелательно при-менять для получения заготовок литьем под давлением; для центробежного литья исключено применение сплавов, склон-ных к ликвации.

В технических условиях для ответственных, тяжело нагру-женных деталей, для деталей, работающих в условиях перемен-ных нагрузок, в специальных средах (детали турбостроения, энергомашиностроения, такие, как валы, шестерни , зубчатые колеса, роторы, турбинные и компрессорные диски и т.п.), ука-зывают определенные требования к качеству материала, к фи-зико-механическим свойствам.

Процесс изготовления стальных отливок значительно слож-нее, чем чугунных, так как литейные свойства у стали ниже, чем у чугуна. Для предупреждения образования усадочной пористо-сти необходимы большие прибыли , обтаем которых может дос-тигать 60 % объема отливки, что приводит к увеличению расхо-да материала в 1,6 раза. Учитывая пониженную жидкотекучесть стали, сечения литниковых каналов необходимо увеличивать в 1,5—3,0 раза. Все это, естественно, снижает коэффициент ис-пользования металла, повышает себестоимость деталей.

В табл. 2.10 приведены оптовые цены за тонну стальных от-ливок для некоторых весовых групп . Сравнивая табл. 2.7 и 2.10 для отливок одних и тех же массы и группы сложности, изготовленных из чугуна и стали, можно отметить, что оптовые цены на отливки из конструкционных нелегированных и низко-легированных сталей близки к ценам аналогичных отливок из высокопрочного чугуна.

Учитывая более высокие литейные свойства высокопроч-ных чугунов, их прочность и пластичность, необходимо оцени-вать возможность замены стального литья на литье из высоко-прочного чугуна.

В структуре литейного производства СССР литье из цветных металлов, и сплавов составляет около 4 %. Однако в пос-ледние годы наблюдается тенденция к более широкому исполь-зованию цветных сплавов для получения фасонных отливок. Этому способствует наличие ряда особых физико-химических и физико-механических свойств, присущих сплавам из цветных металлов, и прежде всего высокая удельная прочность. В табл. 2.11 представлены значения удельной прочности некоторых ма-териалов, которые определяются как отношение предела проч-ности материала к его плотности. Как видно из данных табли-цы, такие материалы, как алюминиевый и титановый сплавы, имеют более высокую удельную прочность, что позволяет при их применении значительно снизить массу изделий.

Среди литейных материалов из сплавов цветных металлов наиболее широкое применение нашли алюминиевые сплавы. От-ливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % общего выпуска цветного литья; 25 % составляют отливки из медных сплавов. В последние годы достигнуты значительные успехи в освоении использования тугоплавких металлов, в частности титана, что значительно расширило область их применения, в том числе и для получения фасонных отливок.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают спла-вы системы алюминий-кремний, так называемые силумины. Эти сплавы широко применяют в автомобильной, авиационной, приборо-, машино-, судостроительной и электротехнической промышленности , так как они обладают высокими литейными свойствами, достаточными пластичностью и механической проч-ностью, удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из си-луминов получают отливки деталей сложной конфигурации, ра-ботающие при средних и значительных нагрузках.

Сплавы системы алюминий — медь обладают пониженными литейными свойствами, низкими пластичностью и коррозион-ной стойкостью, но хорошо обрабатываются резанием. Вслед-ствие широкого интервала кристаллизации сплавы этой систе-мы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости . Отличительная особенность этих спла-вов — теплопрочность. Основная область применения — самолетостроение.

Сложные алюминиевые сплавы, содержащие медь и кремний, обладают высокой жидкотекучестью, коррозионной стойко-стью, хорошей свариваемостью. Их применяют для изготовления корпусов различных приборов, автомобильных и тракторных поршней, деталей авиационных двигателей.

Алюминиево-магниевые сплавы из всех литейных алюминие-вых сплавов обладают наиболее высокими механическими свой-ствами, пониженной плотностью, высокими коррозионной стой-костью и прочностью. Их используют при изготовлении отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающихся воздействию морской воды. Вследствие большой склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлостей, взаимодействию с влагой литейной формы, пониженной жидкотекучести изготовление отливок из этих сплавов вызывает значительные технологические трудности.

Сплавы, не вошедшие в рассмотренные системы, относятся к сложнолегированным; их применяют для отливок, работаю-щих при повышенных температурах и давлениях, требующих повышенной стабильности размеров, для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатываемых резанием .

Наибольший эффект в снижении себестоимости получает-ся при увеличении коэффициента весовой точности, так как статья расходов на металл во много раз превышает любую дру-гую статью расхода при производстве деталей машин. Как из-меняются коэффициент весовой точности и коэффициент ис-пользования металла при изготовлении поковки штуцера, по-казано на рис. 3.33.

В некоторых случаях для выбора оптимальной заготовки целесообразно сопоставлять между собой литье и обработку металлов давлением. Если деталь может быть получена как из отливки, так и из поковки, то прежде всего необходимо оцени-вать требования, предъявляемые к детали условиями эксплуа-тации (характер нагрузок, значения механических свойств, тре-бования к плотности, размеру и расположению зерен и т.д.). Обычно эти требования заданы конструктором и изложены в чертеже готовой детали. Ответственные детали, к которым предъявляют повышенные требования по механическим свой-ствам, особенно по ударной вязкости , рекомендуется изготав-ливать из кованых или штампованных заготовок. Горячую объ-емную штамповку наиболее целесообразно сопоставлять с литьем под давлением, с литьем в кокиль и со штамповкой из жидкого металла.

Если деталь по своей конструкции пригодна для штамповки и для литья под давлением, то при выборе способа изготовле-ния необходимо учитывать следующее.

Температуру плавления сплава. Например, деталь изго-тавливают из медного сплава. Стойкость форм при литье под давлением медных сплавов в среднем 5—10 тыс. шт. отливок, стойкость штампа 10—20 тыс. шт. поковок. Кроме того, стои-мость форм в 1,5—2 раза выше стоимости штампа. Следует помнить, что параметр шероховатости поверхности деталей из медных сплавов, изготавливаемых литьем под давлением, ухудшается по мере изнашивания формы, так как на поверх-ности формы появляется сетка трещин разгара;

Характерной особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода загото-вок является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуют или формуют в изделия заданных размеров и подвергают термической обработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления

основного компонента шихты.

Основные элементы технологии порошковой металлургии следующие:

получение и подготовка порошков исходных материалов, которые могут представлять собой чистые металлы или их

сплавы, металлоиды, соединения металлов с неметаллами и другие химические соединения;

прессование из "подготовленной шихты изделий необходи-мой формы в специальных пресс-формах, т.е. формование бу-дущего изделия;

термическая обработка (или спекание) спрессованных из-делий, обеспечивающая им окончательные физико-механичес-кие и другие свойства. В производственной практике иногда встречаются отклонения от типового технологического процес-са, например совмещение операции прессования и спекания, пропитка пористого брикета расплавленным металлом, допрессовка или калибровка спеченного полуфабриката, дополнитель-ная механическая обработка спеченных изделий и т.д.

Достоинства порошковой металлургии следующие:

возможность изготовления деталей из тугоплавких мате-риалов, псевдосплавов (например, медь — вольфрам, железо — графит), пористых материалов с заранее заданной пористостью (фильтры, самосмазывающиеся подшипники);

значительная экономия материалов в связи с возможностью прессования изделий с окончательными размерами, не нуж-дающихся (или почти не нуждающихся) в последующей меха-нической обработке; отходы производства в этом случае не превышают 1—5 %;

возможность получения изделий из материалов высокой чистоты, так как при изготовлении деталей методом порошко-вой металлургии (в отличие от литья) исключается внесение каких-либо загрязнений в перерабатываемый материал;

Классификация методов получения заготовок

Заготовки в машиностроении бывают четырех видов – бунтовые (проволока или лента, свернутые в бунт), прутковые (прутки, полосы, тяги), штучные (отливки, поковки, штучные из прутков) и порошковые (пресс-порошки, гранулы, таблетки) для получения пластмассовых, металлокерамических и керамических деталей.

Из бунтовых заготовок большой длины можно получить очень большое число деталей, меньшее число – из прутковых заготовок и только одну деталь – из штучной заготовки. Небольшие по размерам и массе детали целесообразно изготавливать из бунтовых и прутковых заготовок. Для получения высокого коэффициента использования материала необходимо применять штучные заготовки, по форме и размерам близкие к готовой детали. Из порошков и гранул получают штучные заготовки или готовые детали, дальнейшая обработка которых почти не требуется.

Основные способы изготовления заготовок приведены на рисунке 1.

Правильно выбрать способ получения заготовки – означает определить рациональный технологический процесс её получения с учётом материала детали, требований к точности её изготовления, технических условий, эксплуатационных характеристик и серийности выпуска. Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Максимальное приближение геометрических форм и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали – главная задача заготовительного производства. Заданные конструктором форма, размеры и марка материала детали во многом определяют технологию изготовления. Таким образом, выбор вида заготовки происходит в процессе конструирования, так как при расчёте деталей на прочность, износостойкость или при учете других показателей эксплуатационных характеристик конструктор исходит из физико-механических свойств материала детали.

На себестоимость изготовления детали влияют конструктивные, производственные и технологические факторы. То, насколько полно в заготовке учтено влияние факторов первой и второй групп, позволяет судить о технологичности заготовки

Применяют и другие методы литья: непрерывное, электрошлаковое, выжиганием, штамповкой из расплава и др.

Возможности: заготовки массой до 250 т простой формы; на молотах в подкладных кольцах и штампах до 10 кг, при этом толщина стенок заготовки достигает 3-2,5 мм, точность

К операциям листовой формовки относят правку (рихтовку), фасонную (рельефную) штамповку, отбортовку, формовку, обжим, раздачу.

Методами штамповки изготавливат металлические сплавы (сталь различных марок, сплавы цветных металлов, а также биметаллические) и неметаллические материалы (текстолит, прессшпан, резина, войлок). Металлические материалы по виду заготовок можно разделить на рулонный (шириной свыше 300 мм), ленты, листы, полосы, проволоку и круглый прокат (в бухтах), прутки и прокат различного сечения. Неметаллические материалы, как правило, поставляются в виде листов или полос.

В условиях массового и крупносерийного производства экономически целесообразно получение заготовок, наиболее близко приближающихся по форме и размерам к готовым деталям. В этом случае себестоимость заготовок увеличивается, но объем механической обработки значительно сокращается.

В условиях единичного и мелкосерийного производства заготовки далеки по размерам и форме от готовой детали, т. е. имеют значительные припуски для механической обработки. Из многих возможных способов получения заготовки необходимо выбрать экономически целесообразный.

Окончательный выбор метода устанавливают на основе расчетов:

• А) себестоимости метода получения исходных заготовок;
• Б) себестоимости самого процесса механообработки.

В машиностроении под заготовкой принято понимать полуфабрикат, поступающий на механическую обработку, в результате которой он превращается в годную для сборки деталь. Перед заготовительным производством стоит задача получения заготовок с максимальным приближением к форме и размерам готовой детали, максимально увеличить коэффициент использования металла, т.е. оставить на обработку резанием минимально необходимые припуски и уменьшить количество металла, обращаемого в стружку.

Основными методами получения заготовок являются:

– обработка металлов давлением (пластическое деформирование);

– получение заготовок из проката;

– получение заготовок методом сварки.

§ 7.1 Литейное производство

Литейное производство – это отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) путём заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию отливки. Рассмотрим некоторые способы литья.

Литьё в земляные формы . Схема литья показана в землю показана на рис. 7.1. На рисунке обозначены 1 – отливка (получаемая заготовка), 2 – каналы для заливки расплавленного металла, 3 – формовочная смесь, 4 – опока (стальной ящик для формовочной смеси), 5 – линия разъёма литейной формы. Сначала изготавливают металлическую или деревянную модель. Эту модель помещают в незатвердевшую формовочную смесь и соединяют две полуформы. Этот процесс называется формовкой. Формовочная смесь состоит в основном из песка и отверждаемой смолы. После затвердевания формовочной смеси полуформы разъединяют, извлекают модель, вновь соединяют две полуформы и в образовавшуюся полость через каналы заливают расплавленный метал. После застывания металла полуформы разъединяют по линии разъёма и извлекают отливку. Формовочная смесь используется один раз, так как при извлечении отливки форма разбивается, рассыпается. Для получения новой отливки необходимо снова производить формовку. Модель используется многократно.

Рис. 7.1 Литьё в земляные формы

Литьё в землю – самый универсальный и распространённый способ литья. Он применяется во всех типах производства (единичном, серийном, массовом) и служит для получения самых различных по массе и конфигурации отливок из любых литейных сплавов.

Литьё по выплавляемым моделям . Этот способ основан на применении моделей из легкоплавких материалов, например, из воска. Схема способа показана на рис. 7.2. На рисунке обозначены 1 – модель, 2 – оболочка, 3 – каналы для заливки расплавленного металла. Сначала изготавливают легкоплавкую модель. Затем эта модель покрывается слоем огнеупорных покрытий. После затвердевания оболочки, производят заливку расплавленного металла, не извлекая модель. При заливке металла модель сразу расплавляется до жидкого состояния и вытесняется из оболочки заливаемым металлом. После застывания металла оболочка разрушается и остаётся отливка требуемой конфигурации.

Данным способом можно получат отливки массой до 150 кг. Преимуществами способа являются отсутствие линии разъёма, более высокая точность и меньшая шероховатость по сравнению с литьём в землю.

Рис. 7.2 Литьё по выплавляемым моделям Рис. 7.3 Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы . Схема способа показана на рис. 7.3. На рисунке обозначены 1 – модель, 2 – оболочка, 3 – каналы для заливки расплавленного металла, 4 – линия разъёма формы. Сначала изготавливается металлическая или деревянная модель, которая покрывается слоем огнеупорных красок и покрытий на основе фенолформальдегидных смол. Толщина покрытия составляет 5…15 мм. После затвердевания покрытия получается оболочка. Она разрезается по линии разъёма, модель извлекается, а две полуформы вновь соединяются. Поучается оболочка, внутри которой образуется полость требуемой конфигурации. В эту оболочку заливается расплавленный металл. После застывания металла оболочка разрушается и остаётся отливка требуемой конфигурации.

Данным способом можно получат отливки массой до 150 кг. Преимуществами способа являются более высокая точность и меньшая шероховатость по сравнению с литьём в землю. Модель может использоваться многократно.

Литьё в кокиль . Кокиль – это металлическая литейная форма. Отливки получают путём свободной заливки расплавленного металла в кокиль. Схема способа показана на рис. 7.4. На рисунке обозначены 1 – полость, 2 – детали кокиля, 3 – канал для заливки расплавленного металла, 4 – линия разъёма формы. Перед заливкой внутренние поверхности кокиля обмазывают огнеупорными красками и подогревают до 300…500ºС. После застывания металла части кокиля разъединяют и извлекают отливку.

Рис. 7.4 Литьё в кокиль

Стойкость кокиля составляет 300…500 отливок. Точность размеров отливки и качество поверхности значительно выше, чем при литье в землю. Недостатком способа является трудоёмкость изготовления самого кокиля. Поэтому, он используется в серийном и массовом производстве.

§ 7.2 Получение заготовок методами

обработки металлов давлением

Обработкой давлением называют процессы получения заготовок и деталей машин методами пластического деформирования материалов. Это деформирование осуществляется силовым воздействием соответствующего инструмента на исходную заготовку из пластического материала.

Ковка . Оборудование – ковочные молоты и прессы. Инструмент называется молот. Он может иметь различную форму. Деформирование исходной заготовки осуществляется при ударном воздействии инструмента. Ковка состоит из чередования основных и вспомогательных операций. К вспомогательным операциям относятся периодический нагрев заготовки и смена инструмента. К основным операциям относятся:

1) осадка – это операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади поперечного сечения;

2) протяжка – это операция уменьшения площади поперечного сечения заготовки при увеличении её длины;

3) прошивка – это операция получения полостей или отверстий в заготовке за счёт вытеснения металла;

4) отрубка – это операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру;

5) гибка – это операция придания заготовке изогнутой формы по незамкнутому контуру.

Рис. 7.5 Ковка в подкладных штампах

Для получения ковкой заготовок более сложной формы применяют подкладные штампы (рис. 7.5). На рисунке обозначены: 1 – молот (инструмент), 2 – получаемая заготовка, 3 – подкладной штамп. На рисунке также показана исходная заготовка простой цилиндрической формы. В процессе ковки молот наносит по исходной заготовке удары, осуществляя основные операции ковки. В результате заготовка принимает конфигурацию подкладного штампа. Причем объём и масса исходной и получаемой заготовки одинаковы.

Ковку применяют во всех типах производства, особенно для получения крупногабаритных заготовок. Точность и качество поверхности заготовки после ковки невысоки: 14…17 квалитет, Ra 80.

Объёмная горячая штамповка . Штамповка выполняется на различных прессах. Инструмент для штамповки называется штамп. Штамп предназначен для изготовления одного вида заготовки или детали. Он состоит из двух или трёх частей: одной неподвижной и подвижных. Неподвижная часть называется матрицей, подвижная – пуансоном. В соединённом состоянии части штампа образуют замкнутую полость определённой конфигурации. Схема штамповки показана на рис. 7.6, где обозначены: 1 – части штампа, 2 – полость, которая заполняется штампуемым металлом, 3 – линия разъёма частей штампа.

Рис. 7.6 Объёмная горячая штамповка

В качестве исходных для штамповки принимаются заготовки простой формы: цилиндрической, призматической. В процессе штамповки части штампа сводятся вместе, металл исходной заготовки пластически деформируется и принимает конфигурацию полости. Таким образом, в процессе штамповки могут быть получены заготовки сложной конфигурации, с большим приближением к форме будущей детали. Причём объём исходной и получаемой заготовки одинаков.

Штамп – это сложный и дорогостоящий инструмент. В то же время он применяется для получения одного вида заготовок. Поэтому штамповка применяется в серийном и массовом производстве, где штамп обрабатывает большие партии (сотни или тысячи штук) одинаковых заготовок, и стоимость штампа распределяется на все изготовляемые им заготовки. Преимущества штамповки: большое приближение формы заготовки к форме будущей детали и, соответственно, высокий коэффициент использования металла на операциях резания; высокая производительность; более высокая точность и качество поверхности по сравнению с операциями ковки. Приближение формы заготовки к форме детали сокращает количество операций обработки резанием и, соответственно, уменьшает стоимость механической обработки.

§ 7.3 Получение заготовок из проката

Металлургическая промышленность выпускает прокат различного профиля из различных марок материалов. На рис. 7.7 показаны некоторые виды проката: а) пруток – это прокат круглого сечения различных диаметров; диаметр d прутков регламентируется, длина поставляемых прутков не регламентируется и может быть различной: 4 метра, 6 метров и более.

б) прокат шестигранного сечения; регламентируется размер шестигранника S , диаметр описанной окружности D – это справочный размер.

в) трубный прокат; регламентируются наружный диаметр D и внутренний диаметр d .

г) прокат квадратного или прямоугольного сечения; регламентируется размер а .

д) листовой прокат; регламентируется толщина листа S , длина а и ширина b листа может быть различной, обычно не менее 1500 мм.

Рис. 7.7 Профили проката

Также существует фасонный прокат более сложного сечения. На машиностроительные предприятия металл поставляется большими партиями. Длина проката может быть различной, обычно от 4 до 9 метров. Для получения конкретной заготовки от проката нужного сечения и размеров отрезается кусок требуемой длины. Например, требуется получить заготовку круглого сечения диаметром 25 мм и длиной 100 мм. Для этого берётся пруток диаметром 25 мм и от него отрезается заготовка в 100 мм длиной, которая затем поступает на механическую обработку. Для резки металла используются различные способы: резка дисковой или ленточной пилой, резка абразивным кругом, газопламенная резка, плазменная резка, рубка на гильотинных ножницах и др.

Заготовки из проката имеют простую форму. Над ними не производится дополнительных заготовительных операций, поэтому они существенно дешевле штамповок. Но такая заготовка обычно не похожа по форме на будущую деталь. Поэтому, деталь полностью изготавливается методами обработки резанием, что приводит к увеличению числа операций резания, снижению коэффициента использования металла и, соответственно, повышению затрат на механическую обработку. Заготовки из проката используются в единичном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда экономически нецелесообразно изготавливать дорогостоящий штамп и тратить время на подготовку производства.

§ 7.4 Сварные заготовки

Сварка – это технологический процесс получения неразъёмных соединений из металлов, сплавов и других однородных и неоднородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых материалов. В качестве исходных заготовок для сварки могут применяться прокат и литьё. Исходные заготовки соединяют друг с другом и сваривают. Вследствие этого сварная заготовка может иметь очень сложную конфигурацию при относительно простой и нетрудоёмкой технологии изготовления.

Вследствие неравномерных температурных полей при сварке и остывании сварные заготовки имеют внутренние напряжения. Поэтому, для снятия напряжений ответственные заготовки необходимо отжигать. Вследствие своей небольшой трудоёмкости и универсальности сварку применяют во всех типах производства. Например, в единичном – для получения заготовок корпусных деталей; в серийном или массовом – для соединения крупногабаритной и мелкой заготовки, для присоединения к базовой детали различных кронштейнов, проушин.

§ 7.5 Завершающие операции заготовительного производства

В основном к завершающим операциям относятся очистка заготовок от остатков формовочной смеси, пригаров, окалины, а также удаление облоя и литников (излишний металл на заготовке). Для этой цели используются пескоструйная, дробемётная очистка, галтовка и травление.

Пескоструйная очистка – это очистка заготовки струёй песка, подаваемого сжатым воздухом. Песчинки, летящие с большой скоростью, сбивают с заготовки остатки формовочной смеси, грязь, окалину, оставляя практически чистую металлическую поверхность. При дробемётной очистке вместо песка используется стальная или стеклянная дробь (мелкие шарики).

Галтовка используется для мелких и средних заготовок. Заготовки и песок или дробь засыпаются в барабан, который начинает вращаться в разных направлениях. В результате заготовки в барабане очищаются.

Травление – это очистка заготовок кислотой (для стали и чугуна) или щёлочью (для алюминия). Это самый качественный, но дорогостоящий метод очистки.

Вопросы для самоконтроля

1) В чём состоит сущность процессов литья?

2) Как получают литейную форму при литье в землю?

3) Из каких материалов изготавливают модель при литье по выплавляемым моделям?

4) При каких процессах литья модель используется многократно?

5) Какой способ литья является самым универсальным?

6) При каком способе литья литейная форма используется многократно?

7) Приведите определение термина «кокиль»?

8) В чём состоит сущность способов обработки металлов давлением?

9) Назовите основные операции ковки?

10) Сколько различных конфигураций заготовок или деталей можно получить при помощи одного штампа?

11) На сколько изменяется объём металла в процессах обработки давлением?

12) В каких типах производства целесообразно использовать поковки? Почему?

13) Какие вы знаете профили проката?

14) Какими преимуществами обладают заготовки из проката?

15) Как получить заготовку из проката?

16) Какими преимуществами обладают сварные заготовки?

17) Что используется в качестве исходных заготовок для сварных заготовок?

18) Какие существуют способы очистки заготовок?

19) Сущность пескоструйной очистки?

20) Сущность галтовки?