1. Факторы, определяющие выбор метода получения заготовки

1. Технологические возможности основных методов получения заготовок

Из всех методов получения заготовок наиболее широкими технологическими возможностями обладает литьё. Отливки изготавливают практически из всех металлов и сплавов в широком диапазоне размеров и массы, простой и сложной конфигурации.

Наибольшее распространение получило литьё в песчано-глинистые формы. Этот метод обеспечивает 14…17 квалитеты точности и шероховатость поверхностей от 320 до 40 мкм. Метод может быть экономически целесообразен для любого типа производства, при изготовлении заготовок любой массы, конфигурации и габаритов. Применяются различные способы формовки, используется различный формовочный материал и модельные комплекты. Можно получать отливки с заданными параметрами, требуется минимум механической обработки.

Однако, несмотря на универсальность и сравнительно невысокую стоимость, литьё в песчано-глинистые формы связано с большим объёмом формовочного материала и повышенной трудоёмкостью. Из-за больших припусков, 15…25%, металл отливки в процессе обработки превращается в стружку, на что расходуется около 25% вырабатываемой электроэнергии.

Переход к специальным методам литья даёт возможность уменьшить припуск и отход металла в стружку до 5…7%. Преимущество специальных методов литья состоит в уменьшении массы литниковой системы и отсутствии или значительном снижении расхода формовочных материалов.

Технологический процесс изготовления отливок этими методами сравнительно легко поддаётся механизации и автоматизации, что повышает производительность труда, снижает себестоимость отливок и повышает их качество. Так, например, некоторыми специальными методами литья (литьё под давлением, по выплавляемым моделям) можно получить заготовки 8…13 квалитета точности, с шероховатостью поверхности от 20 до 10 мкм, а в отдельных случаях до 1,25 мкм.

Однако, не смотря на весьма широкие технологические возможности литого производства при выборе метода получения заготовок следует помнить, что механические характеристики литого металла всегда ниже, чем деформированной из-за более крупного размера зерен неоднородной структуры, возможных пористостостей, раковин и других литых дефектов.

В связи с особенностями кристаллизации сплава механические характеристики неоднородны по сечению отливки. Сплав у поверхности обладает большими твёрдостью и прочностью, чем в середине отливки. Поэтому, при изготовлении ответственных деталей, работающих в условиях ударных, знакопеременных и т.п. нагрузок, заготовка, как правило, подвергается пластической деформации, в процессе которой она не только приобретёт заданную форму и размеры, но и улучшит свои физико-механические свойства.

При всём многообразии процессов обработки давлением среди них можно выделить 3 основных группы: прокатка, ковка и штамповка.

Прокат бывает горячекатаный и более точный – калиброванный. Он имеет достаточно высокие механические характеристики и может применяться как исходный материал для получения поковок, а так же для непосредственного изготовления из него деталей на металлорежущем станке. Однако в последнем случае требуется, как правило, значительная механическая обработка, исключающая составные валы с небольшим числом ступеней и незначительными перепадами между ними.

Ковкой получают крупные (до 200…300 т) поковки в тяжелом машиностроении. Для мелких и средних поковок применяют поковки целесообразные лишь в условиях единичного и мелкосерийного производств.

По сравнению с другими методами заготовок ковка имеет ряд преимуществ:

1. возможность изготовления крупногабаритных поковок массой до нескольких сотен тонн, получение которых другими способами невозможно, причем, при обработке таких поковок можно использовать сравнительно маломощное оборудование, т.к. обработка ведется деформированием отдельных участков заготовки;

2. применяется универсальное оборудование и универсальная оснастка, позволяющие получать поковки широкого ассортимента;

3. в процессе ковки значительно улучшается качество металла, повышаются его механические свойства, особенно пластическая и ударная вязкость.

Основные недостатки ковки:

1. низкая производительность;

2. значительная трудоёмкость изготовления поковок, особенно на прессах;

3. большие напуски, припуски и допускаемые отклонения размеров поковки, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла;

4. большая шероховатость поверхностей заготовок, получаемых ковкой (от 320 до 80 мкм).

В мелкосерийном производстве рационально применение подкладных штампов. За счёт этого снижается расход материала, т.к. примерно на 15…20% уменьшатся напуски и припуски. Шероховатость поверхности при использовании подкладных штампов может быть снижен до 80…40 мкм.

Подкладные штампы можно применять для получения поковок массой до 150кг. Но применяют их преимущественно для изготовления поковок массой до 10…15кг.

Для получения поковок в условиях массового и крупносерийного производств используют объёмную штамповку. Этим методом производят заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, самолётов и т.д. массой от нескольких граммов до одной тонны. Однако наиболее целесообразно изготовление поковок с массой не выше 100кг. По сравнению с ковкой объёмная штамповка имеет следующие преимущества:

1. форма штампованных поковок более приближена к форме детали, а качество поверхности – выше;

2. шероховатость поверхности штампованных поковок ниже и составляет 80…20мкм, а при использовании калибровки – 10…1,6мкм;

3. штампованные поковки имеют в 2…3 раза меньшие припуски и значительно меньшие допуски размера;

4. при штамповке существенно повышается производительность (10…100 поковок в час).

К недостаткам объёмной штамповки можно отнести:

1. ограничение по массе поковки;

2. наличие облоя при штамповке в открытых штампах, масса которых составляет от 10 до 30% массы поковки;

3. большие, чем при ковке усилия деформирования;

4. сравнительно высокая стоимость и трудоёмкость изготовления штампа.

Объёмная штамповка может осуществляться на штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических прессах, горизонтально-ковочных машинах, в открытых и закрытых штампах.

Штамповкой в открытых штампах можно получать поковки значительно более сложной конфигурации. Однако, как отмечалось, наличие облоя увеличивает расход материала. Кроме того, для обрезки облоя необходимы специальные обрезные прессы и штампы. При обрезке облоя волокна металла перерезаются, что может снижать прочность детали.

Отсутствие облоя при штамповке в открытых штаммах сокращает расход металла. Кроме того, отпадает необходимость в оборудовании и оснастке для обрезки облоя. Вместе с тем, такую штамповку применяют для получения сравнительно простых заготовок, в основном, тел вращения.

Помимо конфигурации заготовки на выбор типа штампа оказывает влияние масса поковки, материал, а так же тип производства. Следует учитывать и существенные различия в макроструктуре поковок, получаемых в различных штампах.

При оценке технологических возможностей различных методов получения заготовок можно пользоваться и количественными показателями. Так, расход металла в процессе получения заготовки, размер брака и технологических отклонений в заготовительном цехе характеризует коэффициент выхода полезных заготовок.

,

где М_З – масса заготовки после обрезки и очистки;

Н – норма расхода, т.е. масса исходного металла, пошедшего на производство заготовок.

В составе норм расхода учитывают массу заготовки, технологические отходы и потери материала. Например, для литья – это масса отливки, брака и потерь от угара металла.

Коэффициент точности заготовок отражает степень приближенности формы и размеров заготовки к форме и размерам детали и характеризует трудоемкость механообработки. Он определяется из выражения:

,

где М_д – масса детали.

Коэффициент использования металла:

Он отражает общий расход металла при изготовлении детали и характеризует эффективность выбранного метода получения заготовки.

Наиболее употребляемым при оценке метода получения заготовки является коэффициент точности, т.к. он зависит и от конструкции детали и массы заготовки. В среднем, для отечественного машиностроительного предприятия этот коэффициент не превышает 0,3…0,4 для продольной ковки, 0,6 – для … ковки и 0,7 – для продольного литья.