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.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА