Рекомендации по выбору метода получения заготовки (Раздаточный материал)

Заготовительное производство

– производство заготовок для изделий машиностроения

Основные факторы, влияющие на выбор метода и способа получения заготовок

Факторы, влияющие на себестоимость производства в машиностроении, делятся на три группы:

1-я группа – конструктивные факторы, т.е. конструктивное решение самой детали, обеспечивающее приемлемость её для изготовления обработкой давлением, литьем, сваркой; выбор марки материала и технологических условий;

2-я группа – производственные факторы, т.е. характер и культура производства, технологическая оснащенность, организационные и технологические уровни производства;

3-я группа – технологические факторы, характеризующие способ формообразования заготовок, выбор самой заготовки, оборудования и технологического процесса получения детали.

То, насколько полно в заготовке учтено влияние факторов первой и второй групп, позволяет судить о технологичности заготовки.

Под технологичностью заготовки принято понимать, насколько данная заготовка соответствует требованиям производства и обеспечивает долговечность и надежность работы детали при эксплуатации.

Выпуск технологичной заготовки в заданных масштабах производства обеспечивает минимальные производственные затраты, себестоимость, трудоемкость и материалоемкость.

Третья группа факторов важна, когда детали могут быть получены одним или несколькими способами литья или обработки давлением, например, фланцы, тройники, шестерни. Однако при литье структура металла, а следовательно, и механические свойства, ниже, чем при обработке металлов давлением. Также, особенно при литье в кокиль или под давлением, выше вероятность возникновения литейных напряжений и наличия пористости.

Таким образом, при выборе методов и способов получения заготовки в первую очередь следует учитывать основные факторы - себестоимость и требования к качеству.

В себестоимости изготовления детали значительную долю составляют затраты на материал (около 60 %). Поэтому пути снижения себестоимости целесообразно искать в снижении расхода материала.

Технологичность детали с определенной степенью приближения оценивается следующими показателями:

– коэффициент выхода годного (Квг) ;

– коэффициент весовой точности (Квт) ;

– коэффициент использования металла (Ким).

Квг – характеризует расход металла в заготовительном цехе, размер брака, технологических отходов, определяется по формуле:

Квг = М2/М1

где: М1– масса исходного металла; М2– масса заготавливаемого металла.

Квт – отражает степень приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали, т.е. характеризует объем механической обработки, определяется по формуле:

Квт = Мд/М2

где: Мд – масса готовой детали.

Ким – отражает общий расход металла на изготавливаемую деталь, определяется по формуле:

Ким = Квг × Квт

Средние значения КИМ у поковок и штамповок находятся в пределах – 0,5–0,55, а у отливок и сварных заготовок значительно выше – 0,75–0,8.

Экономичность изготовления деталей из различных заготовок можно также оценить и трудоемкостью изготовления (чел.-час/т). Трудоемкость изготовления отливок в большинстве случаев наименьшая 120; у сварных заготовок – 130; у штамповок – 194; у поковок – 245.

Общие принципы выбора метода и способа получения заготовок

Наиболее широко для получения заготовок в машиностроении применяют следующие методы: литье, обработка металла давлением, сварка, а также комбинация этих методов.

Каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок.

Метод – это группа технологических процессов, в основе которых лежит единый принцип формообразования.

Литье – получение заготовок в результате заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию получаемого изделия.

Методом литья получают заготовки практически любых размеров, как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности заготовки зависят от способа литья. Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов.

Обработка давлением – технологические процессы, которые основаны на пластическом формоизменении металла.

Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием и волочением. При этом получают заготовки в виде сортовых профилей, листового проката, труб и периодических профилей. Прокат выпускают горячекатанным и калиброванным. Изделия из калиброванных профилей отличаются высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности. Для этих изделий выполняется только отделочная механическая обработка поверхностей заготовок.

Периодические профили имеют изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют как фасонные заготовки для последующей объемной штамповки и механической обработки резанием.
Легкие, но жесткие тонкостенные профили (менее 23 мм) весьма сложной конфигурации и большой длины можно получать профилированием листового материала в холодном состоянии на профилегибочных станах. Гнутые профили применяют при изготовлении изделий для машиностроения, автомобильной и авиационной промышленности, строительных конструкций.

Для получения заготовок из стали и цветных металлов с деформированной макроструктурой, имеющих форму и размеры близкие к форме деталей машин, целесообразно применять ковку, объемную и листовую штамповку..

Ковку применяют для изготовления заготовок в единичном производстве в результате пластической деформации профилей или слитков. При производстве крупных и уникальных заготовок массой до 250 т ковка  единственно возможный способ обработки давлением.

Заготовки, полученные объемной штамповкой, отличаются более высокой точностью размеров и качеством поверхностного слоя по сравнению с коваными поковками. Применение этого способа обработки давлением для получения заготовок деталей машин экономически целесообразно в условиях серийного и массового производств. По точности и шероховатости поверхностей заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой, не уступают изделиям, изготавливаемым специальными способами литья. При этом механические свойства поковок выше, чем отливок.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные изделия массой от долей граммов до десятков килограммов. В качестве заготовок при листовой штамповке используют полученные прокаткой листы, полосы или ленты, толщина которых обычно не превышает 10 мм. При заданной прочности и жесткости этим способом обработки давлением получают изделия минимальной массы с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это позволяет сократить количество отделочных технологические операций механической обработки резанием.

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов и сплавов в результате образования атомно-молекулярных связей между соединяемыми элементами.

В ряде случаев сварка упрощает изготовление заготовок сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заготовки или технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, трещины), которые трудно исправить последующей обработкой. Заготовки сложной конфигурации дают значительный экономический эффект при изготовлении элементов изделий штамповкой, литьем, прокаткой, с последующим соединением их сваркой. Такие заготовки применяют при изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечно-прессового оборудования и т.п..

Выбор метода и способа получения заготовки сложная задача.

Метод и способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим высокое качество детали, производительным, нетрудоемким.

Рекомендации по выбору метода и способа получения заготовок.

1. Тип производства.

Для единичного производства характерно использование в качестве заготовок горячекатаного проката, отливок, полученных в песчаных формах, поковок, полученных ковкой.

Это обуславливает большие припуски, значительный объем последующей механической обработки, повышение трудоемкости.

В условиях серийного и массового производств рентабельны следующие способы получения заготовок: горячая объемная штамповка; литье в кокиль, под давлением, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям.

Применение этих способов позволяет значительно сократить припуски на механическую обработку, снизить трудоемкость изготовления детали.

2. Материалы и требования, предъявляемые к качеству детали

Материалы должны обладать необходимым запасом определенных технологических свойств – ковкостью, штампуемостью, жидкотекучестью, свариваемостью, обрабатываемостью.

Для деформируемых материалов необходимым технологическим свойством является технологическая пластичность. Особо жесткие требования по технологической пластичности предъявляются к сплавам, из которых заготовки получают холодной обработкой давлением – выдавливанием, вытяжкой, гибкой, формовкой.

Если металл обладает низкой жидкотекучестью, высокой склонностью к усадке, то не рекомендуется применять литье в кокиль и под давлением, так как из-за низкой податливости металлической формы могут возникнуть литейные напряжения, коробление отливки, трещины. В этом случае целесообразно применять литье в оболочковые или песчаные формы.

Для ответственных, тяжело нагруженных деталей (валы, шестерни, зубчатые колеса), для которых предъявляются определенные требования к качеству металла и к физико-механическим свойствам – целесообразно использовать заготовки, полученные обработкой давлением, так как в процессе деформирования создается мелкозернистая, направленная волокнистая структура, значительно повышающая физико-механические свойства материала.

3. Конфигурация, масса и размеры детали.

3.1. Конфигурация детали.

Технологически все многообразие деталей делится на 6 типов. Рекомендуемые методы и способы получения заготовок для деталей приведены в таблице.

3.2. Масса и размеры детали.

Удельная стоимость отливок и поковок растет с уменьшением их массы. Закономерность общая для всех способов получения заготовок и деталей, так как трудоемкость формообразования определяют общей площадью поверхностей, подлежащих обработке.

Размеры детали часто играют решающую роль при выборе способа и метода получения заготовки. Максимальные размеры заготовок можно получить при литье в песчаные формы и ковке. При остальных способах литья и обработки давлением габаритные размеры изделий ограничены технологическими возможностями оборудования и инструмента.

Кроме того, масса и габариты изделия чаще всего являются определяющими критериями при выборе температурного режима обработки давлением. При больших габаритах и массе заготовки предпочтительной становится деформация с нагревом, при которой меньше давление на инструмент и меньше сила, необходимая для деформирования.

4. Качество поверхности заготовок, обеспечение заданной точности.

Использование точных способов обеспечивает достаточную чистоту поверхности и высокую точность заготовок.

Совершенствование ковки и штамповки обеспечивают параметры шероховатости и точность размеров, соответствующих механической обработке и даже финишных операций.

Калибровка, холодное выдавливание обеспечивают получение готовых деталей (заклепки, гайки, болты).

5. Возможности имеющегося оборудования.

Учитывают при изготовлении заготовок способами центробежного литья, литья под давлением, горячей объемной штамповкой. Иногда это является определяющим моментом.

Например, наличие в кузнечном цехе ротационно-ковочных машин позволяет получить ступенчатые заготовки практически без механической обработки.

4