1. Выбор исходной заготовки

3.1. Выбор исходной заготовки

Одно из основных направлений современной технологии машиностроения — совершенствование заготовительных процессов с целью снижения припусков на механическую обработку, ограничения ее операциями окончательной отделки, а в ряде случаев полного исключения, т. е. обеспечения малоотходной или безотходной технологии.

Метод получения заготовок в значительной мере определяется размерами программного задания и техническими возможностями заготовительных цехов предприятия или возможностями получения прогрессивных заготовок от специ-ализированных предприятий (метизные заводы, центролиты и т. п.), материалом детали, ее назначением и техническими требованиями на изготовление, формой поверхности и размерами.
Выбор метода выполнения заготовки существенно зависит от времени подготовки технологической оснастки (изготовление штампов, моделей, пресс форм и пр.), наличия соответствующего технологического оборудования и желаемой степени автоматизации процесса, однако дополнительные затраты на оснащение заготовительных цехов окупаются только при достаточных размерах программного задания. При наличии быстропереналаживаемого оборудования и оснастки возможно внедрение высокопроизводительных методов в мелкосерийном производстве.

Следует иметь в виду, что себестоимость изготовления детали определяется суммой затрат на заготовкуимеханическую обработку и в конечном счете важно обеспечить снижение этой суммы, а не одной из ее составляющих (при малых размерах программного задания снижение затрат при механической обработке прогрессивных заготовок может сопровождаться увеличением затрат на их получение, что может привести к росту общих расходов)

Создание конструкций деталей, позволяющих механическую обработку резанием заменить штамповкой или высадкой, всегда приводит к значительному снижению трудоемкости и уменьшению расхода металла.
Заготовку из проката заменяют поковкой при необходимости улучшить структуру заготовки и ее механические свойства — «уплотнить» материал.

Если деталь можно изготовить из литых и горячештампованных заготовок, то следует учитывать, что трудоемкость обработки литых заготовок на 15—30 % ниже обработки горячештампованных.

Литые заготовки. При выборе способа литья для изготовления той или иной детали следует учитывать следующие факторы: годность данного способа для обеспечения необходимого конструктивного формообразования отливки и для получения отливки требуемых размеров; соответствие металла или сплава, из которых возможно получение отливки данным способом литья, требованиям, предъявляемым к материалу детали, условиям ее дальнейшей обработки и эксплуатации; технологические возможности данного способа для обеспечения требований, предъявляемых к точности размеров и шероховатости поверхностей отливки, применимости способа в конкретных производственных условиях данного предприятия; технико экономическую целесообразность использования данного способа с учетом числа отливаемых заготовок.

К прогрессивным методам литья относится прежде всего литье в оболочковые формы, в формы, изготовленные из быстротвердеющих смесей, по выплавляемым моделям, под давлением, центробежное, литье в кокиль (табл. 3.1).
Заготовки, получаемые горячим пластическим деформированием. Обработка металлов давлением является одной из важнейших областей технологических операций. Около 90 % выплавленной стали обрабатывают давлением.

Таблица 3.1. Характеристика методов выполнения отливок

Таблица 3.2. Характеристика методов обработки заготовок давлением

                                    Таблица 3.2. Характеристика методов обработки заготовок давлением

Продолжение табл. 3.2

Продолжение табл. 3.2

В зависимости от серийности выпуска деталей применяют различное оборудование и методы обработки заготовок давлением (табл. 3.2). В единичном и мелкосерийном производствах заготовки чаще всего изготавливаются свободной ковкой.

Этим способом можно получить поковки только простой конфигурации. В средне  и крупносерийном производствах применяют горячую штам¬повку на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах.

В массовом производстве, в отличие от универсального кузнечно-штамповочного оборудования применяют специализированные кузнечные машины, имеющие узкое технологическое назначение. К машинам этого типа относят высокоскоростные штампо¬вочные молоты, ковочные вальцы, обжимные, раскатные, накатные, гибочные и другие машины.

К малоотходным процессам формообразования деталей способами обработки давлением, основываясь на принципе минимальных отходов металла, относят процессы, обеспечивающие максимальное приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали с минимальными отходами металла, например, точная штамповка, накатка зубьев зубчатых колес, шлиц и резьбы, горячее и холодное выдавливание, радиальная и ротационная ковка и др.

Однако внедрение малоотходных процессов формообразования требует решения ряда проблем, связанных с их спецификой. Это проблемы получения точной по массе и объему исходной заготовки, предварительной подготовки заготовок, нанесения защитно-смазочных покрытий, повышения стойкости инструмента, применения безокислительного нагрева заготовок и др.

Таблица 3.3. Температура ковки и штамповки

Примечание. При доводочных операциях температура может быть снижена на 100 °С.

Нагрев металла перед пластическим деформированием (табл. 3.3) — одна из важнейших операций процесса горячего и полу горячего формообразования. На продолжительность нагрева влияют форма и размеры заготовки, ее теплофизические свойства, температура печи при загрузке заготовок и конечная температура нагреваемой заготовки.

Продолжительность нагрева заготовок можно определить по формуле: г—кО^О^ где О — диаметр или сторона квадрата нагреваемой заготовки, м; к — коэффициент, равный 10 для углеродистых и 20 для легированных сталей. Данная формула наиболее приемлема при определении времени нагрева до температуры 1200 °С заготовок диаметром или толщиной до 150 мм. Продолжительность г электронагрева стальных заготовок до средней температуры 1200 °С выбирают, как правило, в зависимости от величины П из следующих соотношений:

Д мм 20 30 40 50 60 70
г, мин 10 25 40 60 80 100

Заготовки, получаемые объемной холодной штамповкой. В процессе объемной холодной штамповки можно получить окончательные размеры и форму сложных деталей (шестерни, шпиндели, шатуны, клапаны, распределительные валы и др.), поэтому последующая механическая обработка сводится к минимуму или исключается.

Этот способ формообразования устраняет потери металла на угар и отходы в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает получение более точных размеров заготовки и качество поверхности изделия. Если при изготовлении фасонных деталей обработка резанием заменяется холодной штамповкой, то материалоемкость этих деталей снижается на 50—70 %.

В результате холодного деформирования в металле ликвидируются некоторые внутренние дефекты, обеспечивается однородность его структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя, благодаря чему вместо высоколегированных сталей в ряде случаев можно использовать углеродистые.

Холодноштампованные заготовки. Холодная штамповка относится к наиболее прогрессивным способам изготовления заготовок деталей из листа и ленты посредством вырубки, вытяжки, проколки, гибки, фланцовки и т. д.

Однако целесообразность применения ее определяется рядом условий и прежде всего серийностью выпуска изделия, конфигурацией детали, механическими свойствами материала, требуемой точностью изготовления детали.

Таблица 3.4. Допуски на высоту и длину детали при гибке (размеры в мм)

Применение холодной штамповки для получения заготовки из листового материала выгодно в следующих случаях: если деталь имеет сложную форму, размеры которой не требуется выдерживать особо точно; при наличии у детали прорезей с острыми углами; при изготовлении деталей, заготовка которых имеет вид целых шайб или шайб с центральным отверстием; для изготовления деталей любой формы из листового материала, если будут оправданы расходы по изготовлению и эксплуатации штампа; при обработке деталей Г-образной, П-образной или другой формы сложного очертания.

В этом случае обработка из целого куска может привести к нецелесообразным затратам времени и к большому отходу материалов.

Точность размеров деталей, получаемых гибкой, зависит от качества и толщины материала и размеров детали. Для определения величин отклонения размеров деталей следует пользоваться табл. 3.4, 3.5.

Таблица 3.5. Допуски на угол изгиба

При очень малых радиусах гибки в металле могут образовываться трещины.

В табл. 3.6—3.8 приведены наименьшие допустимые радиусы гибки материалов.

Наименьшие внутренние радиусы гибки, установленные по предельно допустимым деформациям крайних волокон, применяют лишь при необходимости; обычно принимают увеличенные радиусы.

Если заготовки, полученные вырубкой или резкой, не отжигались, радиусы гибки берут как для наклепанного металла. Во избежание возникновения трещин заготовку следует устанавливать заусеницами внутрь угла изгиба.

Таблица 3.6. Допускаемые относительные радиусы сгиба при гибке на 90

* Гибка с нагревом.
Примечание. В числителе приведены значения относительных радиусов при гиб ке поперек волокон, в знаменателе — вдоль волокон.

Таблица 3.7. Минимальные радиусы гибки металлов круглого (Я,) и квадратного (#2) сечений, мм

Примечание.

В случае конструктивной недопустимости искажения профиля,
согласно сечениям А — А и В — В, радиусы гибки принимают R1 ≥ 1,5 d и R2 ≥ 1,5 a

Таблица 3.8. Минимальные радиусы гибки профильного материала

Трубы гнут в холодном и горячем состоянии, с наполнителями и без них, ручным и механизированным способом. При гибке с наполнителем трубу заглушают пробками и в нее засыпают мелкий сухой песок или заливают канифоль. Наполнитель не дает трубе сминаться или выпучиваться.

При горячей гибке место изгиба нагревают до температуры 850—1200°С на длине до шести диаметров. Во избежание появления трещин необходимо, чтобы радиусы изгиба труб были не менее величин, приведенных в табл. 3.9, 3.10. При гибке шов сварных труб должен быть сбоку или снаружи: иначе он может разойтись.

Заготовки из проката. Прокат (табл. 3.11) применяют в тех случаях, когда конфигурация детали соответствует форме какого-либо сортового материала (круглого, шестигранного, квадратного, прямоугольного).

Широко используют также горячекатаные бесшовные трубы различных толщины и диаметра, а также профильный прокат (угловая сталь, швеллеры, двутавровые, балки и др.).

Применение специального проката позволяет почти полностью исключить механиче¬скую обработку детали. Кроме того, используя гнутые, открытые, закрытые и многослойные профили, можно снизить массу изделий.

Таблица 3.11. Виды и области применения сортового, специального

проката и профилей

Комбинированные заготовки. Значительный экономический эффект дает изготовление отдельных элементов заготовки сложной конфигурации прогрессивными методами (штамповка, отливка, сортовой и фасонный прокат) с последующим соединением этих элементов сваркой или другими способами.

Комбинированный метод применяют при изготовлении крупных коленчатых валов (ковка отдельных элементов с последующей сваркой) и т. д.
Заготовки (детали) из пластмасс.

Пластмассы широко используют для получения некрупных деталей (крыльчаток, насосов, шкивов, втулок, ручек и др.), а также при восстановлении деталей. Однако пластмассам свойственны низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, невысокая теплостойкость (до 250—300 °С), старение.

Предварительная обработка заготовок. Предварительная обработка заготовок заключается в придании им такого вида и состояния, при которых возможно выполнение обработки на металлорежущих станках. Характер выполнения предварительных операций зависит от вида заготовки.

Предварительная обработка отливок состоит в удалении литников и прибылей, очистке отливок и термической обработке (в отдельных случаях).Отливки из чугуна, стали и сплавов цветных металлов подвергают термической обработке с "целью снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости в механических цехах. Для отливок небольших и средних размеров весьма эффективна очистка струей воды, в которую добавлены крупнозернистый абразив и кальцинированная сода.

Для устранения в отливках поверхностных неровностей применяют шлифовально-обдирочные станки, снимающие за один проход припуск в несколько миллиметров, а также шлифовальные круги с гибким валом и пневматические зубила.

Предварительная обработка поковок состоит в удалении облоя и пленки обрезкой или прошивкой заготовок в штампах на обрезных кривошипных прессах в холодном или горячем состоянии.

С целью придания поковкам необходимых механических свойств их подвергают термической обработке (отжигу, нормализации, термическому улучшению). Для устранения окалины с поверхности поковок заготовку очищают в дробеструйных установках или галтовкой во вращающихся барабанах.

В том случае, когда поверхностный наклеп дробью нежелателен, возможна очистка травлением. Для устранения искривлений поковки правят в холодном и горячем состояниях.
Предварительная обработка проката состоит в правке и разрезании на штучные заготовки (табл. 3.12, 3.13).

Таблица 3.12. Резка проката

Таблица 3.13. Правка (рихтовка) проката

Примечание. Фасонноотрезные автоматы, автоматы для навивки пружин, для
правки базового вывода полупроводникового прибора и другие имеют правильные узлы в виде роликовых механизмов, обеспечивающих правку материалов по принципу многократного изгиба с точностью до 0,5 мм на 1 м длины.