Основные виды заготовок и их характеристики. Виды заготовок и их характеристики. Производственные возможности предприятия

31.10.2019

Технологические характеристики типовых заготовительных процессов

5.1 Виды заготовок и их характеристики

5.2 Методы получения заготовок

5.3 Выбор заготовки и ее проектирование

5.4 Припуски на механическую обработку

5.5 Факторы, влияющие на величину припусков

5.5 Определение промежуточных размеров в соответствии с маршрутом обработки

Заготовка – предмет производства, из которого путем изменения размеров, формы, качества поверхности получается готовая деталь. От правильного выбора заготовки в значительной мере зависят общая трудоемкость и себестоимость изготовления детали.

В автомобильной и тракторной промышленности применяются следующие виды заготовок:

– отливки из чугуна, стали и цветных металлов;

– поковки и штамповки из стали и некоторых цветных сплавов;

– сортовой прокат из стали и цветных металлов (круг, квадрат, шестигранник, профильный, листовой);

– штампосварные заготовки из стального проката и других металлов (являются наиболее целесообразными и экономичными);

– штамповки и отливки из пластмасс и других неметаллических материалов;

– металлокерамические заготовки, получаемые методом порошковой металлургии.

Механические свойства отливок, с одной стороны, поковок и штамповок с другой, значительно отличаются одна относительно другой, поэтому уже при проектировании машин вид заготовки каждой ее детали определяется, как правило, конструктором. Однако делать это он должен по согласованию с технологами механических и заготовительных цехов. В ряде случаев, когда можно применять различные виды заготовок (например, поковки, штамповки или сортовой металл), наивыгоднейшее решение получают путем сопоставления конкурирующих вариантов.

Литые заготовки. Применяются различные методы получения отливок. Отливки служат заготовками для фасонных деталей. Из чугуна отливают картеры, коробки, корпуса подшипников, кронштейны маховики, шкивы, фланцы и т.п. При более высоких требованиях к механическим свойствам деталей аналогичные отливки выполняют из стали. Из алюминиевых сплавов отливают блоки цилиндров, картеры, коробки, поршни.

Основные способы получения отливок:

– литье в песчаные формы (ручная или машинная формовка), точность отливок 15-17 квалитет, шероховатость поверхностей R Z 320-160 мкм;

– литье в оболочковые формы – метод получения точных и качественных мелких и средних отливок из чугуна и стали, точность отливок 14 квалитет, данный способ целесообразно применять в серийном и массовом производстве;

– литье по выплавляемым моделям применяют для получения мелких отливок сложной конфигурации, обеспечивает высокую точность 11-12 квалитет и шероховатость поверхностей R Z 40-10 мкм, поверхности деталей либо совсем не обрабатывают, либо только шлифуют;

– литье в кокиль (металлические формы) обеспечивает получение отливок точности 12-15 квалитета и шероховатости поверхностей R Z 160-80 мкм;

– литье под давлением применяют для получения мелких отливок сложной формы из цветных сплавов при крупномасштабном производстве, отливки выполняются с точностью 9-11 квалитет и шероховатость R Z 80-20 мкм;

– центробежное литье применяют в основном для получения заготовок, имеющих форму тел вращения (цилиндры, стаканы, кольца), точность 12-14 квалитет и шероховатость R Z 40-20 мкм.

Заготовки, получаемые обработкой давлением . К методам получения исходных заготовок обработкой давлением относятся свободная ковка, горячая и холодная штамповка. Механические свойства кованных и штампованных заготовок выше свойств заготовок, получаемых литьем. Это основной вид заготовок для изготовления ответственных деталей из стали и некоторых цветных сплавов.

Получение заготовок методом ковки применяют в основном в условиях индивидуального или мелкосерийного производства, когда экономически нецелесообразно изготовлять дорогие штампы.

Для уменьшения расхода металла при ковке заготовок применяют кольца и подкладные штампы.

В условиях серийного и массового производства мелкие и средние стальные заготовки получают методом штамповки. Достоинства этого метода: значительная производительность, резкое уменьшение величины припусков по сравнению со свободной ковкой.

В зависимости от применяемого оборудования штамповку подразделяют на штамповку на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и специальных машинах. Штамповку производят как горячем, так и в холодном состоянии.

Штамповка в холодном состоянии позволяет получить заготовку с высокими физико-механическими свойствами, но этот метод очень энергоемок и применяется очень редко.

Заготовки из проката. Прокат применяют в тех случаях, когда конфигурация детали близко соответствует какому-либо виду сортового материала (круглого, шестигранного, квадратного, прямоугольного). Широко используют также горячекатаные бесшовные трубы различной толщины и диаметра, а также профильный прокат (угловая сталь, швеллеры, балки).

Прокат выпускают горячекатаный и калиброванный холоднотянутый. При выборе размера прокатного материала следует пользоваться стандартами на материал, учитывая конфигурацию детали, точность выполняемых размеров и необходимость экономии металла. Круглый горячекатаный сортовой материал повышенной и нормальной точности выпускают по ГОСТ 2590-2006, круглый калиброванный – по ГОСТ 7417-75. С целью приближения формы заготовки к конфигурации деталей типа валов и осей целесообразно применение в условиях крупносерийного и массового производства проката переменного поперечного сечения (периодического проката).

Комбинированные заготовки . При изготовлении заготовок сложной конфигурации значительный экономический эффект дает изготовление отдельных элементов заготовки прогрессивными методами (штамповка, отливка, сортовой и фасонный прокат) с последующим соединением этих элементов сваркой или другими способами. В сельскохозяйственных машинах сварку применяют: при изготовлении рам, колес, и т.д.

Заготовки из металлокерамики . Металлокерамические материалы, получаемые путем прессования порошковой смеси с последующим спеканием, пористы, поэтому их применение эффективно при изготовлении подшипниковых втулок. Из металлокерамики изготавливают также накладки на тормозные колодки и другие фрикционные детали, имеющие высокий коэффициент трения (0,26-0,32 по стали всухую и 0,10-0,12 при работе в масле).

Порошковая металлургия включает следующие этапы:

– подготовка порошков исходных материалов (медь, вольфрам, графит и др.);

– прессование заготовок в специальных прессформах. Если необходимо получить максимально плотную деталь, то уплотнение производят с предварительным нагревом до температуры спекания, но ниже точки плавления основного компонента.

Порошок спекают в газовых или электрических печах в среде водорода или других защитных газов. Если деталь работает в условиях значительного трения, то ее пропитывают маслом или в состав добавляют графитовый порошок. Для получения точных заготовок после спекания их калибруют.

Выбор заготовки и ее проектирование . Важная задача при изготовлении заготовок приближение их по форме к готовым деталям.

На выбор вида заготовки и метода ее получения влияют материал детали, ее размеры и конструктивные формы, годовой выпуск деталей и другие факторы.

При разработке процессов изготовления деталей применяют два основных направления:

– получение заготовок, наиболее приближенных по форме к размерам готовой детали, когда на заготовительные процессы приходится основная трудоемкость;

– получение заготовок с большими припусками, т.е. основная трудоемкость приходится на цех механической обработки.

Проектирование заготовок выполняется в следующей последовательности:

– определяется вид исходной заготовки (прокат, штамповка, отливка);

– разрабатывается технологический маршрут механической обработки заготовки;

– определяется (рассчитывается) операционный и общий припуски на все обрабатываемые поверхности;

– на чертеже детали вычерчиваются общие припуски на обработку каждой поверхности;

– назначаются предварительные размеры заготовок и допуски на них;

– корректируются размеры заготовки с учетом метода ее изготовления, устанавливаются напуски, формовочные уклоны, радиусы и т.д.

Допуски и припуски на механическую обработку на чугунные и стальные заготовки, отливаемые в песчаные формы, регламентируются ГОСТ 26645-89 «Отливки из металлов и сплавов».

Для выбранного способа литья по таблицам определяют класс точности размеров, класс точности масс и ряды припусков.

Определяют допуски на основные размеры отливки и основные припуски. Для определения дополнительного припуска определяют степень коробления (отношение наименьшего габаритного размера отливки к наибольшему). Эскиз отливки представлен на рисунке 6.

Рисунок 6

Для диаметральных размеров размеры заготовки определяется по формулам:

d= d N + (Z 1 + Z 2)·2 ± Т (5.1)

D= D N - (Z 1 + Z 2)·2 ± Т (5.2)

где Z 1 – основной припуск

Z 2 – дополнительный припуск;

Т – допуск на размер (симметричный).

Пример записи точности отливки 9-9-5-3 ГОСТ 26645-85, где 9– точность размера, 9 – точность массы, 5 – степень коробления, 3 – ряд припусков.

Для изготовления валов используется прокат стальной горячекатаный круглый по ГОСТ 2590-2006 диаметром от 5 до 270 мм, трех степеней точности: А – высокой точности; Б – повышенной точности; В – обычной точности (рисунок 7).

Рисунок 7

Прокат стальной калиброванный круглый по ГОСТ 7417-75, диаметром от 3 до 100 мм с полем допуска h9, h10, h11 и h12 (рисунок 8):

Рисунок 8

Если вал имеет большие перепады ступеней, заготовку получают ковкой или штамповкой. Поковка по ГОСТ 7829-70 из углеродистой легированной стали, изготовляемая свободной ковкой на молотах (рисунок 9):

Рисунок 9

Размеры заготовки определяется по формуле:

d 1 = d N + Z 1 +,

где Z 1 – припуск на размер;

Т 1 – допуск на размер (допуск симметричный).

Поковки по ГОСТ 7062-90 применимы для заготовок больших размеров, изготавливаемых ковкой на прессах.

При ковке заготовок желательно, чтобы она имела простую симметричную форму и следует избегать пересечения цилиндрических элементов между собой.

Штампованные заготовки выполняются в соответствии с ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные». Стандарт устанавливает величины припусков, допуски размеров, отклонений формы и наименьшие радиусы закругления углов.

Припуски и допуски устанавливают в зависимости от массы и размеров поковки, группы стали, степени сложности, класса точности поковки, шероховатости обработанной поверхности детали (рисунок 10).

Шероховатость поверхности штамповок – R Z 320-80 мкм. Если после штамповки произвести чеканку, то можно выдержать точность отдельных размеров до 0,02…0,05 мм.

Рисунок 10

Геометрическая форма заготовки должна обеспечивать возможность свободной выемки из штампа. Для этой цели предусмотрены уклоны поверхности.

Выемки и углубления в заготовке можно выполнять только в направлении движения штампа. Недопустимы узкие и длинные выступы в плоскости разъема штампа или перпендикулярные к ним. Боковые поверхности должны иметь штамповочные уклоны. Переходы с одной поверхности на другую должны иметь закругления, размеры углов и радиусы закруглений устанавливаются стандартами. Хвостовики с конической формой затрудняют штамповку, поэтому их рекомендуется делать цилиндрическими.

Припуски на механическую обработку. Всякая заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припуском на размер готовой детали. Припуск представляет собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заданного класса шероховатости поверхностей деталей, он снимается на станках режущими инструментами. Поверхности детали, не подвергающиеся обработке, припусков не имеют.

Разность размеров заготовки и окончательно обработанной детали определяет величину припуска, т.е. слоя, который должен быть снят при механической обработке.

Припуски делятся на общие и межоперационные.

Общий припуск на обработку – слой металла, подлежащий удалению при механической обработке заготовки для получения заданных чертежом и техническими условиями формы, размеров и качества обработанной поверхности. Межоперационный припуск – слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Величина припуска обычно дается «на сторону», т.е. указывается толщина слоя, снимаемого на данной поверхности.

Общий припуск на обработку представляет собой сумму всех операционных припусков.

Припуски могут быть симметричные и ассиметричные, т.е. расположенные по отношению к оси заготовки симметрично и ассиметрично. Симметричные припуски могут быть у наружных и внутренних поверхностей тел вращения; они могут быть также у противолежащих плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно, одновременно.

Припуск должен иметь размеры, обеспечивающие выполнение необходимой для данной детали механической обработки при удовлетворении установленных требований к шероховатости и качеству поверхности металла и точности размеров деталей при наименьшем расходе материала и наименьшей себестоимости детали. Такой припуск является оптимальным. Целесообразно назначать припуск, который можно убрать за один проход. На станках средней мощности за один проход можно снимать припуск до 6 мм на сторону. При излишних припусках станки должны работать с большим напряжением, увеличивается их износ и затраты на ремонт; повышаются затраты на режущий инструмент, т.к. увеличивается время работы инструмента, а, значит, увеличивается его расход; увеличение глубины резания требует повышения мощности станка, что в результате ведет к увеличению расхода электроэнергии.

Факторы, влияющие на величину припусков. Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовки зависят от ряда факторов, степень влияния которых различна. К числу основных факторов относятся следующие:

– материал заготовки;

– конфигурация и размеры заготовки;

– вид заготовки и способ ее изготовления;

– требования в отношении механической обработки;

– технические условия в отношении качества и класса шероховатости поверхности и точности размера.

Материал заготовки . У заготовок, получаемых литьем, поверхностный слой имеет твердую корку. Для нормальной работы инструмента необходимо, чтобы глубина резания была больше толщины корки отливки. Толщина корки бывает различной, она зависит от материала, размеров отливки и способов литья; для отливок из чугуна – от 1 до 2 мм; для стальных отливок – от 1 до 3 мм.

Поковки и штамповки могут быть из легированной или углеродистой стали; поковки изготовляются из слитка или проката. При изготовлении поковок на них образуется окалина. Для удаления этого слоя при обработке углеродистых сталей часто оказывается достаточной глубина резания, равная 1,5 мм; для легированных сталей глубина резания должна быть 2–4 мм.

Поверхностный слой у штамповок обезуглероживается, и при обработке его необходимо удалить. Толщина этого слоя у штамповок из легированных сталей до 0,5 мм; у штамповок из углеродистых сталей 0,5–1,0 мм в зависимости от конфигурации и размеров детали и других факторов.

Конфигурация и размеры заготовки . Заготовки сложной конфигурации получить свободной ковкой затруднительно, поэтому ради упрощения формы заготовки иногда оказывается необходимым увеличивать припуски на обработку.

В штамповках сложной конфигурации затруднено течение материала, поэтому для таких штамповок также необходимо увеличивать припуски.

В отливках сложной конфигурации в целях более равномерного остывания металла необходимо делать плавные, постепенные переходы от тонких стенок толстым, что также вызывает необходимость увеличения припуска. При изготовлении крупных отливок необходимо учитывать усадку.

Вид заготовки и способ ее изготовления . Заготовки как указывалось, бывают в виде отливок, поковок, штамповок и проката. В зависимости от вида заготовки и способа ее изготовления величины припусков и допуски на размеры заготовки различны. Так, для литой детали, изготовленной ручной формовкой, припуск больше, чем металлических формах. Наиболее точными, следовательно, с наименьшими припусками получаются отливки при литье в оболочковые и металлические формы, при литье под давлением, по выплавляемым моделям. Если сравнивать припуски поковок и штамповок для одних и тех же деталей, то можно убедиться, что припуски у поковок больше, чем у штамповок. В заготовках из проката припуски меньше, чем в заготовках, получаемых литьем, ковкой или штамповкой.

Требования в отношении механической обработки . В соответствии с требованиями к шероховатости поверхности и точности размеров детали применяется тот или иной способ механической обработки. Для каждой промежуточной операции механической обработки необходимо оставлять припуск, снимаемый режущим инструментом за один или несколько проходов. Следовательно, общий припуск находится в зависимости от способов механической обработки, требующейся для изготовления детали по техническим условиям.

Технические условия на качество и точность поверхностей . Чем выше требования, предъявляемы к детали в соответствии с техническими требованиями, тем больше должна быть величина припуска. Если поверхность должна быть гладкой, то необходимо давать припуск, позволяющий после черновой обработки произвести и чистовую. Если размеры должны быть выполнены точно в пределах установленных допусков, то припуск должен обеспечить возможность достижения необходимой точности и класса шероховатости поверхности, что должно быть учтено при определении величины припуска. При этом необходимо предусмотреть слой металла, компенсирующий погрешности формы, возникающие в результате предшествующей обработки (особенно термической), а также погрешность установки детали на данной операции.

Определение промежуточных размеров в соответствии с маршрутом обработки. Нормативные припуски устанавливаются соответствующими стандартами. В производственных условиях размеры припусков устанавливают на основании опыта, пользуясь практическими данными в зависимости от веса (массы) и габаритных размеров деталей, конструктивных форм и размеров, необходимой точности и класса чистоты обработки. Многие заводы, научно-исследовательские и проектные институты имеют свои нормативные таблицы припусков, разработанные ими на основании длительного опыта применительно к характеру своего производства.

В машиностроении широко применяют опытно-статистический метод установления припусков на обработку. При этом общие и промежуточные припуски берут по таблицам, которые составляют на основе обобщения производственных данных передовых заводов. Недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначают без учета конкретных условий построения технологических процессов.

Расчетно-аналитический метод определения припусков, заключается в анализе различных условий обработки и установлении основных факторов, определяющих промежуточный припуск (факторы, влияющие на припуски предшествующего и выполненного переходов) технологического процесса обработки поверхности. Значение припуска определяется методом дифференцированного расчета по элементам, составляющим припуск с учетом погрешности обработки на предшествующем и данном технологических переходах. Данный метод был предложен профессором В.М. Кованом,

Симметричный припуск на диаметральные размеры определяется по формуле:

2Z b min = 2[(H a + Т a) +].

Симметричный припуск на две противоположные параллельные плоские поверхности:

2Z b min = 2[(H a + Т a) +()].

Ассиметричный припуск на одну из противоположных параллельных плоских поверхностей:

Z b min = (H a + Т a) +(),

где Z b min – минимальный припуск на выполняемый переход на сторону;

H a – величина микронеровностей от предыдущей обработки;

Т a – величина дефектного поверхностного слоя, оставшегося от предыдущей обработки;

ρ а – суммарное значение пространственных отклонений от предыдущей обработки;

ε b – погрешность установки заготовки при выполнении операции

Расчетный метод из-за его сложности большого распространения не получил, хотя и представляет определенный интерес с методической точки зрения.

Для удобства расчета располагают операционные припуски и допуски на различных стадиях обработки в виде схем.

Когда последовательность и способ обработки каждой поверхности установлены, необходимо определить величины промежуточных припусков и промежуточные размеры заготовки по мере ее обработки от перехода к переходу. В итоге определяются размеры заготовки более обосновано, то есть с учетом обработки, которой она будет подвергаться.

Для обработки наружной поверхности (точность обработки вала - 7-й квалитет, шероховатость R a 1,25 мкм) схема расположения промежуточных размеров представлена на рисунке 10.

Схема расположения промежуточных размеров при обработке отверстия (точность обработки - 7-й квалитет) представлена на рисунке 11.

Схема расположения промежуточных размеров при обработке торцовой поверхности (точность обработки – 11-й квалитет, шероховатость R a 2,5 мкм) представлена на рисунке 12.

Т 3 – допуск после чистового точения;

z 3 – припуск на чистовое точение;

T 4 – допуск после чернового точения;

T 5 – допуск заготовки

Рисунок 10 – Схема расположения промежуточных размеров при обработке наружных поверхностей

Т 1 – допуск размера, заданный чертежом;

z 1 – припуск на чистовое шлифование;

Т 2 – допуск после предварительного шлифования;

z 2 – припуск на предварительное шлифование;

Т 3 – допуск после протягивания;

z 3 – припуск на протягивание;

T 4 – допуск поле растачивания;

z 4 – припуск на растачивание;

T 5 – допуск заготовки

Рисунок 11 - Схема расположения промежуточных размеров при обработке внутренних поверхностей

Т 1 – допуск, заданный чертежом;

z 1 – припуск на предварительное шлифование;

Т 2 – допуск после чистового точения;

z 2 – припуск на чистовое точение;

Т 3 – допуск после чернового точения;

z 3 – припуск на черновое точение;

T 4 – допуск заготовки

Рисунок 12 - Схема расположения промежуточных размеров при обработке торцовых поверхностей

Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109--82, называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.

Различают три основных вида заготовок: машиностроительные профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или трубы) или периодического. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или сваркой. Комбинированные заготовки -- это сложные заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных более простых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.

Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пределах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том, что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центрование, а иногда и обработку технологических баз.

Припуски, напуски и размеры

Припуск на механическую обработку -- это слой металла, 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 металла, необходимый для выполнения всех необходимых технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Операционный припуск -- это слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Припуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных.

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации, рабочего. Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптимальным для данных условий производства.

Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и других факторов. Известно, например, что чугунные отливки имеют дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный поверхностный слой.

Оптимальный припуск может быть определен расчетно-аналитическим методом, который рассматривается в курсе «Технология машиностроения». В отдельных случаях (например, когда еще не разработана технология механической обработки) припуски на обработку различных видов заготовок выбирают по стандартам и справочникам.

Рис. 2.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и вала (в) : А эаг, Б заг, В заг, D заг, D? заг -- исходные размеры заготовки; A дет, Б дет, В дет, D " дет, D " дет, -- размеры готовой детали; D 1 , D 2 , О" 1 , О" 1 , -- операционные размеры заготовки

Действительный слой металла, снимаемый на первой операции, может колебаться в широких пределах, т. к. помимо операционного припуска часто приходится удалять напуск.

Напуск -- это избыток металла на поверхности заготовки (сверх припуска), обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получения. В большинстве случаев напуск удаляется механической обработкой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис. 2.1 на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов -- в минус, для отверстий -- в плюс.

1. Назначение и тенденция развития заготовительного производства. 2

1.1. Примерная структура производства заготовок в машиностроении. 2

2. Основные понятия о заготовках и их характеристика. 3

2.1. Заготовка, основные понятия и определения. 3

2.2. Припуски, напуски и размеры.. 4

3. Выбор способа получения заготовок. 6

3.1. Технологические возможности основных способов получения заготовок 6

3.2. Основные принципы выбора способа получения заготовок. 8

3.3. Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок. 9

3.3.1 Форма и размеры заготовки. 9

3.3.2 Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок. 10

3.3.3 Технологические свойства материала заготовки. 11

3.3.4. Программа выпуска продукции. 12

3.3.5 Производственные возможности предприятия. 14

3.3.6. Длительность технологической подготовки производства. 15

3.4. Методика выбора способа получения заготовок. 16

3.5. Норма расхода металла и масса заготовки. 17

3.6. Требования к заготовкам с точки зрения последующей обработки. 18

3.7. Влияние точности и качества поверхностного слоя заготовки на структуру ее механической обработки. 20

1. Назначение и тенденция развития заготовительного производства

Основное назначение заготовительного производства состоит в обеспечении механических цехов высококачественными заготовками.

В машиностроении используют заготовки, получаемые литьем, обработкой давлением, сваркой, а также из пластмасс и порошковых материалов (табл.1.2). Современное заготовительное производство располагает возможностью формировать заготовки самой сложной конфигурации и самых различных размеров и точности.

1.1. Примерная структура производства заготовок в машиностроении

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

2. Основные понятия о заготовках и их характеристика

2.1. Заготовка, основные понятия и определения

Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109-82, называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.

Различают три основных вида заготовок: машиностроительные профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или трубы) или периодического. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или сваркой. Комбинированные заготовки - это сложные заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных более простых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пределах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том,. что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких" автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центро-вание, а иногда и обработку технологических баз.

2.2. Припуски, напуски и размеры

Припуск на механическую обработку-это слой металла, 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 металла, необходимый для выполнения всех необходимых технологических операций, совершаемых над данной поверхностью. Операционный припуск - это слой металла, удаляемый при выполнении одной технологической операции. Припуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхности. Общий припуск равен сумме операционных.

Размер припуска существенно влияет на себестоимость изготовления детали. Завышенный припуск увеличивает затраты труда, расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. Заниженный припуск требует применения более дорогостоящих способов получения заготовки, усложняет установку заготовки на станке, требует более высокой квалификации рабочего. Кроме того, он часто является причиной появления брака при механической обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптималь-1 ным для данных условий производства.

Оптимальный припуск зависит от материала, разм&ров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и других факторов. Известно, например, что чугунные отливки имеют» дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный поверхностный слой.

Действительный слой металла, снимаемый на первой операции может колебаться в широких пределах, т.к.помимо операционного припуска часто приходится удалять напуск.

Напуск - это избыток металла на поверхности заготовки (сверх припуска), обусловленный технологическими требованиями упростить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получен ния. В большинстве случаев напуск удаляется механической обработкой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличенные радиусы закруглений и др.).

В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений, которые называются операционными размерами. На рис.2.1. на деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Операционные размеры обычно проставляют с отклонениями: для валов - в минус, для отверстий - в плюс.

3. Выбор способа получения заготовок

3.1. Технологические возможности основных способов получения заготовок

Основные способы производства заготовок - литье, обработка давлением, сварка. Способ получения той или иной заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, от ее конфигурации и размеров, вида конструкционного материала, типа производства и других факторов.

Литьем 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 зависят от способа литья. Некоторыми специальными способами литья (литье под давлением, по выплавляемым моделям) можно получить заготовки, требующие минимальной механической обработки.

Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и. сплавов. Механические свойства отливки в значительной степени зависят от условий кристаллизации металла в форме. В некоторых случаях внутри стенок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки. .

Обработкой металлов давлением получают машиностроительные профили, кованые и штампованные заготовки.

Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием, волочением. Эти. методы позволяют получить заготовки, близкие к готовой детали по поперечному сечению (круглый, шестигранный, квадратный прокат; сварные и бесшовные трубы). Прокат выпускают горячекатаный и калиброванный. Профиль, необходимый для изготовления заготовки, можно прокалибровать волочением. При изготовлении деталей из калиброванных профилей возможна обработка без применения лезвийного инструмента.

Ковка применяется для изготовления заготовок в единичном производстве. При производстве очень крупных и уникальных заготовок (массой до 200...300 т) ковка - единственный возможный способ обработки давлением. Штамповка позволяет получить заготовки, более близкие по конфигурации к готовой детали (массой до 350...500 кг). Внутренние полости поковок имеют более простую конфигурацию, чем отливок, и располагаются только вдоль направления движения рабочего органа молота (пресса). Точность и качество заготовок, полученных холодной штамповкой, не уступают точности и качеству отливок, полученных специальными методами литья.

В машиностроении с точки зрения последовательности технологического процесса различает два вида изделий: детали и заготовки :

ДЕТАЛЬ - готовое изделие, идущее непосредственно на сборку;

ЗАГОТОВКА - полуфабрикат, предназначенный для дальнейшей обработки с целью получения готовой детали.

ПРИПУСКОМ «Z» называют слой металла на поверхности заготовки, предназначенный для удаления при последующей механической обработке с целью получения заданных свойств обработанной поверхности детали. Чем меньше величина припуска, тем меньший объем металла заготовки переводится в стружку.

Существуют ДВА СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКА:

1. ТАБЛИЧНЫЙ СПОСОБ. Применяют в мелкосерийном производстве.

Припуск назначают по справочным таблицам ГОСТов независимо от маршрута технологического процесса механической обработки детали.

2. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ. Суммарную величину припуска на заготовке определяют путем последовательного «наслаивания» на размер готовой детали операционных припусков на механическую обработку.

НАПУСКОМ называют ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ МЕТАЛЛА ЗАГОТОВКИ (рис. 1.3), упрощающий ее конфигурацию (заполненные отверстия I, местные углубления 2, переходы и уступы 3), связанный с технологическими особенностями ее изготовления (литейные и штамповочные уклоны 4, радиусы галтелей 5) или вызванный ее не кратностью 6 при раскрое.

ИСХОДНАЯ ЗАГОТОВКА - это продукт металлургического передела (слиток прокат, расплав), поступающий на первую технологическую операцию заготовительного передела.

Заготовки деталей машин получают, в основном, двумя способами: ЛИТЬЕМ и ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ.

Заготовки получаемые литьем

В случае получения заготовок литьем (рис. 1.4) жидкий металл, РАСПЛАВ, ЗАЛИВАЮТ в заранее приготовленную ЛИТЕЙНУЮ ФОРМУ, соответствующую по конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припусков и напусков. После затвердевания металла получается изделие, называемое ОТЛИВКОЙ.

ДОСТОИНСТВАМИ литейного производства перед другими способами получения заготовок являются: возможность получения изделий СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ и ЛЮБОЙ МАССЫ, а также ОТНОСИТЕЛЬНО НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ отливок.

НЕДОСТАТОК - ОТНОСИТЕЛЬНО НИЗКАЯ ПРОЧНОСТЬ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ ввиду литой зернистой структуры в отличие от волокнистой структуры, которую имеют кованые и штампованные изделия.

МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ (рис. 1.8, см с. 11) - комплект приспособлений, МОДЕЛЬ ОТЛИВКИ, СТЕРЖНЕВОЙ ЯЩИК, МОДЕЛИ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ, ПОДМОДЕЛЬНАЯ ПЛИТА, МОДЕЛЬНЫЕ ПЛИТЫ).

Способы получения машиностроительных профилей и фасонных заготовок обработкой металлов давлением

В случае получения заготовок обработкой давлением ИСХОДНУЮ ЗАГОТОВКУ, нагретую или холодную, но обязательно твердую, ДЕФОРМИРУЮТ специальным инструментом, в виде БОЙКОВ или ШТАМПОВ и придают ей НОВУЮ ФОМУ, соответствующую по конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припусков и напусков. Полученные изделия называют ПОКОВКАМИ или ШТАМПОВАННЫМИ ЗАГОТОВКАМИ.

Процессы ОМД основаны на использовании ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ металлов, т.е. их способности под действием внешних сил изменять свою форму без разрушения.

ДОСТОИНСТВАМИ процессов ОМД являются:

ЭКОНОМИЯ металла за счет малых припусков и небольших технологических отходов на операциях;

ВЫСОКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ за счет больших скоростей обработки;

БОЛЬШАЯ ТОЧНОСТЬ изделий;

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ изделий за счет создания при деформировании МЕЛКОЗЕРНИСТОЙ и ВОЛОКНИСТОЙ целенаправленной СТРУКТУРЫ металла.

НЕДОСТАТОК - относительно ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ изделий.

Основных способов ОМД шесть: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка.

Первые три под общим названием ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО используются в металлургической промышленности для получения МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ.

Вторые три - под общим названием КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО применяются в машиностроении для получения ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ.

Ряд процессов осуществляют с нагревом металла выше ПОРОГА РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ (0,4 от температуры плавления по абсолютной шкале) - ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, ряд без нагрева - ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ.

1. ПРОКАТКА - процесс получения машиностроительных профилей и фасонных изделий путем пластической деформации металла между вращающимися валками прокатного стана Точность получения изделий из проката показана в приложении 3 (см. с. 90).

Основных схем прокатки три:

ПРОДОЛЬНОЙ прокаткой в гладких (а) и ручьевых (б) валках получают листы и ленты, прутки, балки, рельсы и трубы;

ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОКАТ (в, г) - цельнокатаные кольца, вагонные и зубчатые колеса;

ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТ - бесшовные гильзы, а периодические профили.

СОРТАМЕНТ ПРОКАТА включает четыре группы изделий:

ЛИСТОВОЙ - листы и ленты;

СОРТОВОЙ - прутки, балки и рельсы;

ТРУБЫ - бесшовные и сварные;

СПЕЦИАЛЬНЫЙ СТАЛЬНОЙ ПРОКАТ - вагонные и зубчатые колеса, биметаллы, периодические и гнутые профили;

2. ПРЕССОВАНИЕ (рис. 1.10, а) - процесс получения машиностроительных профилей путем ВЫДАВЛИВАНИЯ металла из замкнутой полости через ПРОФИЛИРУЮЩЕЕ отверстие.

Применяют три схемы прессования: прямое, обратное и комбинированное.

ПРОДУКЦИЯ ПРЕССОВАНИЯ - прутки различного поперечного сечения, трубы гладкие и ребристые из труднодеформируемых высоколегированных сталей и сплавов на основе алюминия, магния и вольфрама;

3. ВОЛОЧЕНИЕ - процесс отделочной обработки машиностроительных профилей путем ПРОТЯГИВАНИЯ металла через КАЛИБРУЮЩЕЕ отверстие. Всегда без нагрева.

ПРОДУКЦИЯ ВОЛОЧЕНИЯ - прутки различного поперечного сечения, трубы и проволока из цветных сплавов и стали.

4. КОВКА - процесс получения фасонных изделий путем целенаправленного многократного и последовательного деформирования нагретой исходной заготовки с помощью универсального подкладного инструмента (прошивни, обжимки, оправки, топоры) между бойками молота или пресса.

Ковку осуществляют (см. рис. 1.12, с. 14) вручную, на пневматических и паровоздушных молотах и гидравлических ковочных прессах и применяют в мелкосерийном производстве, а также для получения тяжелых поковок массой более 200 кг. Основными операциями ковки являются (см. рис. 1.13, с. 15): ОСАДКА (а), ПРОТЯЖКА (б), ПРОШИВКА (в), ОТРУБКА (г), ГИБКА (д)

5. ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА - процесс получения фасонных изделий путем деформирования нагретой исходной заготовки в РУЧЬЕ - замкнутой полости инструмента - ШТАМПА (см. рис. 1.14, с. 15). Конфигурация и размеры ручья полностью предопределяют конфигурацию и размеры получаемой поковки. Штамповку осуществляют на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах, применяют в массовом и крупносерийном производстве, где изготовление штампов экономически выгодно. Изделиями являются: валы, рычаги, шатуны, тяги, зубчатые колеса. Используют три разновидности конструкций штампов:

ОТКРЫТЫЙ ШТАМП (а);

ЗАКРЫТЫЙ ШТАМП С ОДНОЙ ПЛОСКОСТЬ РАЗЪЕМА (б);

ЗАКРЫТЫЙ ШТАМП С ДВУМЯ ПЛОСКОСТЯМИ РАЗЪЕМА (в).

Рис. 1.14. Схема горячей объемной штамповки: 1 и 2 - верхний

и нижний штампы; 3 - поковка; 4 - облой; 5 - пуансон;

6 - матрица; 7 - выталкиватель; 8 - матрица разъемная

6. ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА - процесс получения плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала на прессах с помощью штампов (см. рис. 1.15, с. 16). Основные операции: ОТРЕЗКА, ВЫРУБКА, ГИБКА, ВЫТЯЖКА, ОТБОРТОВКА, ОБЖИМ и ФОРМОВКА. Все как правило без нагрева.

Основными видами заготовок для деталей явл-ся заготовки, полученные:

Обработкой давлением;

Резкой сортового и профильного проката;

Комбинированными методами;

Специальными методами.

Получение заготовок литьём .

По сравнению с другими методами получения заготовок литьё обладает рядом преимуществ:

Высокие коэффициенты использования металла и весовой точности;

Практически неограниченные габариты и масса отливок;

Возможность использования сплавов, не поддающихся пластическому деформированию и трудно обрабатываемых резанием.

Метод получения заготовок литьём в песчано- глинистые формы вследствие своей универсальности применяются во всех типах производства. Этим методом производится около 80…85 % литых заготовок. Могут быть получены самые сложные отливки, практически неограниченных размеров. Отливки имеют равномерную структуру и характеризуются хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные уклоны составляют 1-3˚ для деревянных моделей, 1-2˚ -для металлических моделей при ручной формовке, при машинной -0,5-1˚.

К недостаткам этого метода относятся :

Большой расход металла и формовочных материалов;

Большие припуски на м/о;

Большие производственные площади;

Большие капитальные затраты для создания нормальных условий труда;

Значительное кол-во брака.

Литьё в постоянные металлические формы –кокили позволяет увеличить производительность и съём с производственных площадей, увеличить точность и уменьшить шероховатость пов-тей, уменьшить расход металла и формовочных материалов, припуски на м/о, улучшить мех-е свойства материала, уменьшить себестоимость отливок и кол-во брака.

Формы кокилей изготовляются из чугуна или стали литьём с последующей м/о. Применяется также литьё в облицованный кокиль .

Наибольшее применение для литья в кокиль получили цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, а следовательно, более высокую стойкость форм.

Стойкость кокилей составляет: при литье цветных сплавов – до 150 тыс. заливок, при литье чугуна – до 1-5 тыс. заливок, стали – не более 100-500 заливок.

К недостаткам литья в кокиль относятся :

Необходимость упрощения конфигурации отливок и увеличения толщины стенок полых отливок;

Затруднение выхода газов из формы, и как следствие – возможность образования газовых раковин;

Возможность появления отбелённого слоя на пов-ти чугунных заготовок.

Центробежное литьё применяется для получения отливок типа тел вращения (труб, дисков, втулок, цилиндров, шпинделей) и фасонных отливок из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.

Способ центробежного литья имеет несколько разновидностей: с вертикальной осью вращения, горизонтальной, наклонной, вертикальной, не совпадающей с осью отливки. Позволяет получить по сравнению с предыдущими способами более высокое качество структуры вследствие более организованного размещения атомов металла, меньший расход металла (отсутствуют прибыли, литниковые системы), уменьшить кол-во брака – выход годного литья достигает 95% (на – 20-60% больше, чем при литье в песчано- глинистые формы), снижение себестоимости изготовления отливок на 20-40%.

Недостатками явл-ся ограниченность конфигурации и размеров отливок, сложность формы для отливок сложной конфигурации.

Литьё под давлением позволяет получать точные отливки из цветных сплавов с малой шероховатостью и небольшой толщиной стенок, повышенную прочность отливок на 25-40% по сравнению с литьём в песчано- глинистые формы, уменьшить или полностью устранить припуски на обработку, осуществить высокую автоматизацию процесса, улучшить условия труда, сократить производственный цикл. Этим способом отливают заготовки деталей: корпуса карбюраторов, электромагниты, щиты малых электродвигателей и др.

Литьё под давлением производится на специальных литьевых машинах с горизонтальными или вертикальными камерами прессования; разновидностью литья под давлением явл-ся литьё с применением вакуума.

Недостатком способа явл-ся необходимость применения сложных форм и специального оборудования.

Литьё по выплавляемым моделям даёт возможность получать высокую точность и малую шероховатость поверхностей отливок, уменьшить внутренние напряжения в отливках или устранить совсем, получить минимальные припуски и улучшить условия труда.

Разновидностями способа явл-ся: литьё по растворяемым солевым моделям, литьё по выжигаемым моделям.

Недостатком данных способов явл-ся сложный технологический процесс получения отливок, требующий специального оборудования и специальной оснастки, длительный производственный цикл.

Литьё в оболочковые формы даёт по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы более высокую точность и меньшую шероховатость поверхности, малые припуски на обработку, снижение трудоёмкости по всем элементам процесса, высокую производительность, уменьшение кол-ва формовочных смесей в несколько раз, улучшение условий труда, возможность внедрения комплексной автоматизации.

Оболочковые формы могут быть: песчано-смоляными, химически твердеющими и жидкостекольными.

Недостатки литья в оболочковые формы – дорогая и сложная оснастка, дорогие формовочные смеси, необходимость изготовления точных металлических моделей.

Заготовки, полученные штамповкой жидкого металла , обладают высокой плотностью структуры. Способ позволяет снизить расход металла в 1,5-3 раза по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы, не требует дорогостоящего оборудования и оснастки.

Штамповка жидких металлов имеет несколько разновидностей:

С кристаллизацией под поршневым давлением;

Выжиманием;

Вакуумное всасывание;

Непрерывное литьё и др.

Кроме приведённых выше способов литья существуют и другие, например, литьё в формы: гипсовые, песчано- цементные, кирпичные, шамотно- кварцевые, глинистые, каменные, керамические и др.

В 1988 г. введён в действие единый ГОСТ 26645-85 « Отливки из металлов и сплавов» на отливки, получаемые любым способом из чёрных и цветных металлов и сплавов. Данный стандарт устанавливает допуски размеров, формы, расположения и неровностей поверхности, допуски массы и припуски на обработку. Согласно ГОСТ 26645-85 точность отливки характеризуется четырьмя показателями:

Классом размерной точности (22 класса);

Степенью коробления (11 степеней);

Степенью точности поверхностей (22 степени);

Классом точности массы (22 класса).

Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.

Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:

Класс размерной точности;

Степень коробления;

Степень точности поврхностей;

Класс точности массы;

Допуск смещения отливки.

Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8мм: Точность отливки 8-5-4-7 См 0,8 ГОСТ 26645-85 .

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в нижеприведённом порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку. Технологических напусков и массы отливки.

Пример условного обозначения номинальных масс, равных для детали -20,35 кг, для припусков на обработку -3,15 кг, для технологических напусков – 1,35 кг, для отливки – 24, 85 кг.

Масса 20.35-3.15-1.35-24.85 ГОСТ 26645-85 .

Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие величины обозначают «0». Например: Масса 20.35-0-0-20.35 ГОСТ 26645-85 .

Заготовки, получаемые обработкой давлением .

Различают следующие способы получения заготовок обработкой давлением:

Штамповка (горячая и холодная);

Специальные способы.

Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлов в твёрдом состоянии устойчиво изменять формы и размеры под действием приложенных внешних сил, т.е пластически деформироваться. В процессе пластической деформации металл приобретает не только требуемую форму, но и меняет свою структуру и физико – механические свойства.

Способы получения заготовок давлением в основном явл-ся высокопроизводительными процессами, обеспечивают малые припуски и улучшенную структуру металла.

Материал, из которого получают заготовки давлением, должен обладать ковкостью: прочностью и пластичностью при высокой температуре. Ковкость в основном зависит от химического состава материала и его компонентов. Например, такие элементы, как хром, кремний, углерод и марганец- снижают, а никель – повышает ковкость. Наличие серы (при температуре 800-900 град) вызывает явление красноломкости, фосфора (более 0,03%) хладноломкости.

Ковка .

При ковке формообразование происходит вследствие свободного течения металла в стороны, перпендикулярные к движению формообразующего инструмента – бойка.

Ковкой заготовок на молотах и прессах получают поковки простой конфигурации с большой массой (до 250т). Поковки имеют хорошую структуру металла по всему сечению, т.к течение металла не ограничивается инструментом, и он хорошо проковывается. Ковка не требует специального инструмента и оснастки.

Недостатком явл-ся низкая производительность, большая трудоёмкость, большие припуски и напуски на обработку, низкая точность. Для получения поковок более сложной конфигурации применяют подкладные кольца и штампы. Уменьшить припуски на обработку и снизить трудоёмкость позволяет применение радиально- ковочных машин. Однако область их применения ограничена только телами вращения.

В зависимости от массы поковок для ковки применяют: пневматические молоты, паровоздушные молоты, гидравлические прессы.

Горячая штамповка .

По сравнению с ковкой горячая объёмная штамповка имеет ряд преимуществ:

Более сложная форма поковки и лучшее качество поверхности;

Снижение припусков на обработку;

Экономия металла;

Повышение точности изготовления заготовок;

Уменьшение штамповочных уклонов за счёт наличия в конструкции штамповочного оборудования выталкивателей;

Повышение производительности труда;

Уменьшение трудоёмкости;

Улучшение условий труда.

К недостаткам горячей объёмной штамповки относится:

Дорогостоящая оснастка (инструмент – штамп), что позволяет применять штамповку только при большом объёме выпуска деталей;

Ограничения по массе получаемых поковок;

Дополнительный отход металла в заусенец (10-30% от массы поковки);

Большие усилия деформирования, чем при ковке.

Применение унифицированных блоков штампов со сменными вставками и унификация другой оснастки дают возможность применения штампов даже в мелкосерийном производстве. Хороший эффект дают комбинированные способы изготовления заготовок: ковка и последующая штамповка и т.д.

Горячая объёмная штамповка подразделяется на различные виды в зависимости от типов штампов, оборудования, исходной заготовки, способа установки заготовки в штампе и т.п.

В зависимости от оборудования имеются следующие виды объёмной штамповки:

На штамповочных паровоздушных молотах двойного действия;

На кривошипных горячештамповочных прессах;

На горизонтально- ковочных машинах (ГКМ);

На гидравлических прессах;

На высокоскоростных молотах;

На специальных машинах (ковочные вальцы, горизонтально- гибочные машины, ротационно-обжимные и радиально- обжимные машины, электровысадные машины, раскатные машины).

В зависимости от типа штампа штамповка подразделяется на следующие виды:

В открытых штампах;

В закрытых штампах;

В штампах выдавливания.

Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штамп в процессе деформирования остаётся открытым. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа явл-ся переменным, в него затекает (выдавливается) металл при деформировании, образуя заусенец. Основное назначение этого заусенца – компенсация колебаний исходных заготовок по массе. Этот тип штампа можно применять для деталей любой конфигурации. Однако наличие заусенца увеличивает расход металла, а для обрезки заусенца необходимо применение специальных обрезных прессов и штампов.

При штамповке в закрытых штампах (безоблойная штамповка) штамп в процессе деформирования остаётся закрытым, т.е металл деформируется в закрытом пространстве. Отсутствие заусенца сокращает расход металла, отпадает необходимость в обрезных прессах и инструменте. Макроструктура поковок более качественная, т.к нет нарушения волокон, имеющих место при обрезке заусенца. Однако этот тип штампа применяется для простых деталей, в основном тел вращения.

Штамповка в штампах для выдавливания – наиболее прогрессивна. При этом снижается расход металла (до 30%), повышается коэффициент весовой точности, повышается точность поковки и чистота поверхностей, производительность труда увеличивается в 1,5-2,0 раза.

Недостатки – высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты и низкая стойкость штамповой оснастки. Применяются для заготовок с высокой пластичностью.

Штамповка на молотах у лучшает точность заготовок, но явл-ся трудоёмким процессом. Большую трудность представляет центрирование половинок штампа относительно друг друга. Процесс плохо поддаётся автоматизации.

Штамповка на прессах (кривошипных, гидравлических, фрикционных) за счёт применения выталкивателей позволяет уменьшить припуски на обработку, штамповочные уклоны в 1,5-2,0 раза по сравнению со штамповкой на молотах, улучшить условия труда, повысить производительность. Отсутствие ударов при работе уменьшает вибрации, повышает стойкость штампов, улучшает центрирование половинок штампов.

Штамповка на горизонтально- ковочных машинах (ГКМ), по сравнению со штамповкой на прессах и молотах. Обеспечивает возможность получения сложных поковок с глубокими полостями и отверстиями, получение заготовок высокого качества без облоя и штамповочных заусенец с небольшими припусками на обработку.

ГКМ представляют собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. В отличие от штампов молотовых и прессовых штампы на ГКМ имеют два взаимно перпендикулярных разъёма и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъёмов в штампе создаёт лучшие условия для выполнения высадочных работ и позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны (наружные 15´ - 1 град, внутренние 30´-2 град), вплоть до их отсутствия.

Поковки, получаемые на ГКМ, обычно имеют форму тел вращения.

Недостатком явл-ся необходимость применения прутка (проката) повышенной точности.

При разработке чертежа поковки пользуются ГОСТ 7505-89, данные которого распространяются на штампуемые детали массой до 250 кг, изготавливаемые горячей объёмной штамповкой из чёрных металлов на различных видах штамповочного оборудования.

При определении припусков и допускаемых отклонений размеров необходимо определить исходный индекс.

Исходный индекс – это условный показатель, учитывающий конструктивные характеристики (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъёма) и массу поковки. Стандарт устанавливает 23 исходных индекса. Исходными данными для определения исходного индекса явл-ся:

- масса поковки;

Группа стали;

Степень сложности поковки;

Класс точности поковки.

М1 – углеродистая и легированная сталь с содержанием углерода до 0,35% и легирующих элементов до 2%;

М2 – углеродистая сталь с содержанием углерода свыше 0,35 до 0,65% и легированная, за исключением указанной в группе М1.

Степень сложности поковки (всего 4) определяют путём вычисления отношения массы (объёма) поковки к массе (объёму) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

Стандарт предусматривает пять классов точности поковок.

На чертеже поковки должны быть указаны: исходный индекс, класс точности, группа стали и степень сложности поковки.

Холодная штамповка.

Объёмная холодная штамповка;

Листовая штамповка;

Штамповка на горизонтально- гибочных машинах;

Вальцовка;

Раскатка;

Накатка;

Калибровка.

Объёмная холодная штамповка делится на ряд видов:

Выдавливание;

Высадку;

Радиальное обжатие;

Редуцирование и др.

Этот способ формообразования устраняет потери металла и отходы в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает получение более точных размеров заготовки и качество поверхности. В рез-те холодного деформирования в металле ликвидируются некоторые внутренние дефекты, обеспечивается однородность его структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя.

Заготовки из пластмасс .

Пластмассы – неметаллические материалы, которые получают на основе высокомолекулярных соединений – полимеров.

Пластмассы, получаемые из искусственных и естественных смол и их смесей с различными веществами, можно формировать прессованием, литьём и выдавливанием. Они обладают ценными физико- механическими свойствами(стойкость к агрессивным средам, электротеплоизоляционные, антифрикционные и др), из них легко изготовить детали сложной конструкции.

Пластмассы применяют: для изготовления некрупных деталей (пробок, заглушек, прокладок, вкладышей, зубчатых колёс, крыльчаток и др). Однако пластмассам свойственна низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, невысокая теплостойкость, старение.

Основные положения к выбору оптимальной заготовки .

Выбранный способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим требуемое качество детали, производительным, нетрудоёмким процессом.

Главным при выборе заготовки явл-ся обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости.

Решение задач формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расходы материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

В первую очередь при выборе заготовки следует определить, каким методом наиболее целесообразно получить заготовку для данной детали. При этом надо ориентироваться на материал и требования к нему с точки зрения обеспечения служебных свойств детали. Далее, пользуясь качественной оценкой, наметить предварительно способ её получения.

Предварительно выбор материала и способа получения заготовки на основе экономических показателей может производиться по таблицам или графикам, приведенным в литературе. Графики показывают зависимость себестоимости получения заготовки от программы выпуска деталей и точности изготовления.

Окончательный выбор заготовки производится на основе экономических расчётов себестоимости получения заготовки и себестоимости её дальнейшей м/о.

По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоёмкость и себестоимость последующей м/о заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, т.к не требуют последующей трудоёмкой обработки и повышенного расхода материала.

В качестве заготовок деталей машин применяются:

1.Прокат . Используют калиброванные прутки и горячекатаную сталь повышенной и обычной точности. По ГОСТу 7417 калиброванные прутки изготовляют ф 3-30 мм по классу точности 2 , диаметром 3-65 мм по 3-му классу точности и 3-100 мм по 4-5-му классу точности.

При креплении в цанговых зажимах применяются калиброванные прутки 5-го класса точности. Заготовки из калиброванных прутков 4-го и высших классов точности обычно не обрабатываются лезвийным инструментом, а шлифуют.

В условиях крупносерийного и массового пр-ва целесообразно использовать прокат спец-х профилей; при этом почти полностью исключается или значительно сокращается м/о.Профильное холодное волочение обеспечивает 4-й класс точности и 6-й класс чистоты. Наиболее целесообразно применять профильное волочение для деталей с одинаковым профилем по всей длине.

Механической обработке заготовок из проката предшествует правка и отрезка.

Отрезка заготовок производится на токарных и токарно-отрезных станках, дисковых, ленточных и ножовочных пилах, кривошипных и эксцентриковых прессах.

Способ отрезки на прессах обеспечивает высокую производительность, но при нём не достигается перпендикулярность реза к оси прутка и происходит смятие конца заготовки.

При отрезке на ножовочных и ленточных пилах сокращается расход металла, однако производительность этих способов невелика.

При выборе способа отрезки заготовки учитывается экономическая целесообразность того или иного способа.

Заготовки из листового проката отрезаются от листа или полосы на гильотинных ножницах, пресс- ножницах, при помощи газовой резки по разметке на спец-х машинах, работающих по копирам и позволяющих одновременно вырезать несколько заготовок с достаточно высокой точностью.

Заготовки деталей из листового металла изготовляются путём вырубки (плоские детали разной конфигурации), гибки, вытяжки и совмещения этих методов. Штамповку целесообразно применять при изготовлении значительного кол-ва деталей; при этом стоимость изготовления штампов компенсируется снижением затрат на изготовление деталей. Штамповку у деталей из листового материала производят на механических (кривошипных и эксцентриковых) гидравлических прессах.

2.Поковки. Их применяют для деталей сложной конфигурации большого сечения или деталей, имеющих большую разницу в сечениях по длине (шестерни, диски, ступенчатые и фланцевые валы). Поковки изготовляют на пневматических и паровоздушных молотах и гидравлических прессах из сортового проката или из слитков.

Точность заготовок, изготовленных свободной ковкой, невысокая, поэтому они имеют значительные припуски на обработку. Допуски на размеры поковок, изготовленных свободной ковкой на прессах, составляют 12-72 мм в завис-ти от конфигурации и р-ров поковки.

Свободной ковкой трудно получить заготовки сложной конфигурации с выступами, рёбрами, выемками.

Свободной ковкой получают заготовки в индивидуальном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда при применении проката расходуется большое кол-во металла на стружку, а также для повышения механических св-в материала.

3.Штамповки. Штампованные заготовки используют для про-ва деталей сложной конфигурации. При штамповке в закрытытх штампах ф-ма и р-ры заготовок определяются ф-мой и р-рами ручьёв штампа. В закрытых штампах можно получить детали сложной конфигурации – с рёбрами, выступами, изгибами. Производительность труда при этом высокая.

Например, производительность труда при штамповке сложных небольших деталей в нескольких ручьях составляет 200-400 деталей в час, а при штамповке более крупных деталей массой около 100 кг – до 100 деталей в час. Высокая точность загот-к позволяет значительно уменьшить припуски на обработку и в отдельных случаях, применяя чеканку. Совсем отказаться от припуска.

Но штамповка в закрытытх штампах применяется только при значительном кол-ве деталей в серии. Это объясняется высокой стоимостью ковочных и отрезных штампов.

Штамповки изготовляют на паро-воздушных и фрикционных молотах, на фрикционных, кривошипных и гидравлических прессах и на горизонтально- ковочных и ротационных машинах.

При небольших сериях штамповки могут быть изготовлены в подкладных штампах на ковочных молотах.

На горизонтальных ковочных машинах изготовляют детали типа клапанов, валов с фланцами, валов-шестерён, втулок, рычагов. При этом можно получить заготовку без штамповочных уклонов или с очень малыми штамповочными уклонами, с прошитыми глухими или сквозными отверстиями, а также заготовки с большой разницей сечения по длине.

Припуски на штампованных заготовках принимаются в пределах 0,5-5 мм и зависят от способа изготовления и раз-ров детали; допуски на изготовление обычно не превышают половины величины припуска.

В последнее время появились новые способы получения штампованных заготовок из сортового и листового проката;

Штамповка с применением взрывчатых вещ-в, при котор. взрывной волной, действующей на заготовку через водную или воздушную среду, ей придаётся форма матрицы, изготовленной из металла, бетона и др. материалов;

Штамповка в электромагнитном поле, при котор. под действием мощного кратковременного электромагнитного импульса заготовке придаётся ф-ма матрицы.

Преимуществами этих способов явл-ся возможность получения крупных заготовок при отсутствии мощного оборудования, простота оснастки и её невысокая стоимость, возможность штамповки заготовок из материалов, трудно штампуемых другими способами.

4.Отливки из стали, чугуна и цветных металлов. Их применяют в качестве заготовок для деталей сложной конфигурации.

Способы получения отливок:

1)литьё в земляные формы, котор. служат для изготовления только одной детали и при извлечении заготовки разрушаются;

2)литьё в оболочковые формы, изготовленные из песка, плакированного бакелитовыми или др. полимизирующими связками. В оболочковых ф-мах можно получить отливки высокой точности (4-5 класс) с чистотой пов-ти 4-5-го класса и малыми уклонами, что позволяет уменьшить припуски на м/о;

Малые литейные уклоны, что позволяет значительно сократить припуски на м/о, а в некотор. случаях оказаться от обработки;

3)литьё по выплавляемым моделям. Применяется для деталей из стали и цветных металлов. По выплавляемым моделям можно получить детали очень сложной конфигурации, с отв-ми, каналами, тонкими рёбрами и выступами, с точностью по 4-7 му классам и чистотой пов-ти 3-4 класса. Применение этого дорогостоящего метода получения заготовок целесообразно в тех случаях, когда точное литьё позволяет отказаться от м/о. Точным литьём изготовляют детали (грузы регуляторов, толкатели топливных насосов, крыльчатки водяных насосов). Этим методом можно получить отв-я ф до 2,5 мм и стенки толщиной до 0,3 мм;

4).центробежный способ литья. Этим способом получают заготовки для деталей, имеющих форму тел вращения (втулки, трубы, гильзы) и заготовки для деталей фасонного профиля, имеющих ось симметрии (рычаги, вилки и т.п);

5) литьё способом вакуумного всасывания. Этим способом изготовляют втулки и др.заготовки несложной формы;

6) литьё методом выжимания. Применяется для изготовления тонкостенных крупногабаритных деталей типа крышек, тонкостенных плит и др.

5.Штамповки из жидкого металла. Их используют для изготовления заготовок из цветных металлов. Заготовки получают путём заливки в подогретый штамп жидкого металла, котор. при охлаждении до полужидкого состояния под давлением пуансона заполняет форму и кристаллизуется. Кристаллизация под давлением обеспечивает плотность структуры, высокую точность и чистоту поверх-ти. Этот способ применяется для изготовления ответственных заготовок.

6.Металлокерамические заготовки. Их получают путём прессования заготовок из смеси металлических порошков в прессформах с последующим спеканием и калибровкой. Этим методом можно получить детали со спец-ми свойствами: жаростойкие(вставки седел клапанов)

Антифрикционные (втулки, подшипники),фрикционные, а также детали, не требующие доп.обработки.

Поковки, штамповки, отливки из чугуна, стали и лёгких сплавов перед м/о часто подвергают т/о: нормализации, отжигу, улучшению, старению, закалке и т.д. Это позволяет придать матер-лу заготовок повышенные мех-е св-ва, улучшить обрабатываемость или устранить внутренние напряжения, возникшие при остывании заготовки и вызывающие коробление деталей в процессе обработки и эксплуатации.

Вид заготовки оказывает значительное влияние на хар-р ТП, трудоёмкость и экономичность обработки.

При выборе заготовки желательно, чтобы её ф-ма максимально приближалась к форме готовой детали.Это позволяет лучше использовать материал и уменьшить затраты на снятие припуска.

Однако, при усложнении формы и повышении точности заготовок увеличивается стоимость изготовления, т.к. требуется применять более сложные и дорогие оснастку и оборудование. Поэтому для одинаковых деталей различных серий выбирают разные заготовки.

Если выпускается несколько десятков коленчатых валов двигателей, то применяется заготовка - поковка;

Если же необходимо производить несколько тысяч таких коленчатых валов, заготовка выполняется – штамповкой.

При определении ф-мы и р-ров заготовки необход. предусмотреть припуск, достаточный для получения требуемой чистоты обрабатываемых пов-тей с учётом компенсации погрешностей, вызываемых неточностью изготовления заготовки и её деформацией, а также погрешностей установки заготовки при обработке.