Факторы, влияющие на выбор вида и способа получения заготовок

Выбрать заготовку – значить установить способ ее получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления.

На выбор способа получения заготовок влияют следующие факторы:

– технологическая характеристика материала, его свойства, определяющие возможность применения литья, пластической деформации, порошковой металлургии, сварки;

– конструктивная форма поверхностей и размеры детали, ее масса;

– наличие технологического оборудования, технические возможности заготовительных цехов предприятия или возможность получения прогрессивных заготовок от специализированных предприятий;

– суммарная себестоимость изготовления заготовки, изготовления из нее детали, сборки, транспортировки и эксплуатации изделия.

При выборе заготовки необходимо решить следующие задачи:

– установить способ получения заготовки;

– рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;

– рассчитать размеры и указать допуски на заготовку;

– разработать чертеж заготовки.

Выбор заготовки можно достаточно достоверно оценить по коэффициенту использования материала, который представляет собой отношение массы детали к массе заготовки (Kим=Мд/Мз). При этом учитываются следующие рекомендации: в массовом производстве Ким ≥ 0,85; в серийном производстве Ким ≥ 0,5 – 0,6.

1. Методы и способы получения заготовок

В современном машиностроении применяют множество различных технологических методов получения заготовок. Основные из них: различные методы литья, методы пластического деформирования и формообразования (ковка, штамповка, высадка), размерная резка из проката, порошковая металлургия. Классификация заготовок, применяемых в машиностроении, приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Классификация заготовок

Получение заготовок литьем. Литье является одним из наиболее распространенных методов получения заготовок. По сравнению с другими способами получения заготовок литье обладает рядом преимуществ:

– высокие коэффициенты использования металла и весовой точности;

– практически неограниченные габариты и масса отливок;

– возможность использования сплавов, не поддающихся пластическому деформированию.

Приблизительное соотношение материалов, применяемых для литья составляет:

– чугун - 80%;

– сталь - 15%;

– цветные сплавы - 5 %.

Характеристики рассмотренных способов получения заготовок отливкой приведены в табл. 1.

Таблица 1

Способы получения заготовок литьем

Способ получения	Масса заготовки, т	Наименьшая толщина стенок, мм	Точность выполнения, квалитет	Шероховатость Ra, мкм	Материал	Тип производства
Литье в разовые формы
Литье в песчано-глинистые формы: - ручная формовка по деревянным моделям - машинная формовка - машинная формовка по металлическим моделям	До 100	чугун 3 – 5   сталь 5 – 8   цветные сплавы 3 – 8	IT 17	80 – 20	чугун, сталь, специальные сплавы	единичное и мелкосерийное
	До 10		IT 16 – 17	20 – 5		серийное
	3 - 5		IT 14 – 16	20 – 5		крупносерийное и массовое
Литье по выплавляемым (выжимаемым, растворяемым, замораживаемым) моделям	До 0,15	0,5	IT 11 – 12	10 – 2,5	сталь, трудно-обрабатываемые сплавы	серийное
Литье в оболочковые формы: Песчано-смоляные, химически твердеющие	До 0,15	сталь 3 – 5 алюминий 1 – 1,5	IT 13 – 14	10 – 2,5	чугун, сталь, цветные сплавы	серийное и массовое
Литье в многократные формы
Центробежное литье	0,01 – 1	5 – 6	IT 12 – 14	40 – 10	чугун, сталь, цветные сплавы	крупносерийное и массовое
Литье под давлением	До 0,1	0,5	IT 9 – 12	5,0 – 0,63	цветные сплавы
Литье в кокиль	7 (чугун) 4 (сталь) 0,5 (цветные сплавы)	чугун 15, сталь 10	IT 12 – 15	20 – 2,5	чугун, сталь, цветные сплавы	серийное и массовое

Получение заготовок обработкой давлением. К обработке металлов давлением относят: прокатку, прессование, волочение, свободную ковку, горячую и холодную объемную штамповку, листовую штамповку. Прокатку, прессование и волочение обычно осуществляют на металлургических заводах.

Кованые и штампованные поковки уступают литейным отливкам, т.к. сложность конфигурации получаемых заготовок литьём гораздо выше, также штампованные поковки уступают по массе отливкам. Однако кованые и штампованные поковки отличаются высокими механическими свойствами, что обеспечивает надежность и долговечность изготавливаемых из них деталей. Поэтому наиболее ответственные, сильно нагруженные детали изготавливают из заготовок, полученных ковкой или штамповкой.

Свободной ковкой на ковочных молотах и гидравлических ковочных прессах получают поковки различных форм и размеров в условиях единичного и мелкосерийного производства. Поковки обычно имеют большие припуски и приблизительную форму заготовки. В мелкосерийном производстве при изготовлении заготовок применяют подкладные штампы и кольца, позволяющие уменьшить припуски и приблизить форму заготовки к форме детали. Исходным материалом для фасонных поковок весом до 40 кг служит сортовой прокат, а весом до 300 кг – крупный прокат или обжатая болванка. Точность заготовок, полученных с помощью подкладных штампов, соответствует 3-ей группе точности по ГОСТ 7829–70, шероховатость поверхности Ra 40…12,5 мкм.

Горячая объемная штамповка широко используется в серийном и крупносерийном производстве. Этим способом получают заготовки различных форм и размеров из сталей, цветных металлов и сплавов на молотах, прессах и других машинах. Горячую объемную штамповку выполняют в открытых и закрытых штампах. Стойкость горячих штампов невелика – 3000-10000 шт. поковок. Учитывая высокую стоимость штампа, следует отметить, что горячая штамповка выгодна только для достаточно больших партий деталей (тысяч и десятков тысяч штук).

В закрытых штампах обычно штампуют детали, представляющие собой тела вращения: диски, шестерни и т. д.

Штамповку осуществляют на различных машинах: штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных и горизонтально-гибочных машинах, ковочных вальцах и др. Чтобы получить более точные по размерам поковки, сразу же после обрезки заусенцев производится калибровка их на штамповочных молотках или на кривошипных прессах.

Штамповкой на молотах в штампах изготавливают заготовки сложной форм в условиях серийного и крупносерийного производства.

Из штамповочных молотов наибольшее применение получили паровоздушные молоты двойного действия и приводные фрикционные молоты простого действия.

Паровоздушные штамповочные молоты имеют аналогичный ковочным молотам принцип действия, отличаясь от них наличием двухстоечной станины непосредственно на шаботе, а также усиленными регулируемыми направляющими для движения бабы, что обеспечивает необходимую точность соударения штампов. Масса падающих частей паровоздушных штамповочных молотов обычно не превышает 20-30 т. Такие молоты — относительно дешевое оборудование.

Приводные фрикционные молоты имеют ряд конструктивных разновидностей. Наибольшее распространение получили фрикционные молоты с доской, масса падающих частей которых до 5 т.

Производительность фрикционных молотов ниже, чем паровоздушных. Кроме того, их конструкция не позволяет регулировать энергию удара в процессе штамповки, что очень важно, если поковка сложной формы. Поэтому фрикционные молоты получили меньшее распространение, чем паровоздушные.

Штамповкой на кривошипных горячештамповочных прессах получают поковки: при открытой штамповке точность получаемых заготовок соответствует Т4 – Т5 классу и в открытых штампах – Т2 – Т3 точности по ГОСТ 7505–89.

Штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) получают поковки высадкой из прутка, труб диаметром от 20 до 270 мм и длиной от 3,5 до 4 м, а также из черных исходных материалов. На ГКМ обычно штампуют заготовки для стержней со всевозможными головками и утолщениями, а также для простых и сложных колец.

Этот способ характеризуется высокой производительностью, экономией металла и повышенной точностью получаемых заготовок от Т4 – Т5 класса точности по ГОСТ 7505–89 до 8 – 9 квалитетов по ГОСТ 25347–82.

Холодной объемной штамповкой (высадкой, осадкой, выдавливанием, калибровкой, чеканкой, выдавливанием полостей) изготавливают детали диаметром 80 – 100 мм и длиной 100 – 200 мм 3 – 4 классов точности по ГОСТ 7505–89 с шероховатостью поверхности Ra 12,5…3,2 мкм. Объемная штамповка осадкой позволяет выпускать мелкие детали: рычажки, защелки и т. д. Холодной высадкой на прессах-автоматах изготавливают крепежные детали, панели, толкатели, шарики и т. д. При получении заготовок холодной объемной штамповкой резко сокращается объем механической обработки и отходов металла в стружку.

Характеристики основных рассмотренных способов получения заготовок обработкой давлением приведены в табл. 2.

Таблица 2

Способы получения заготовок обработкой давлением

Метод получения заготовок	Размер, мм или масса, т	Толщина стенок, мм	Точность	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Материал	Тип производства

Ковка