Основные методы изготовления заготовок. Отливка, обработка давлением, порошковая металлургия, заготовки из пластмасс

Под заготовкой понимается изделие, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Для получения детали из заготовки ее подвергают механической обработке, в результате которой удалением слоя материала (припуска) с отдельных (или всех) ее поверхностей получают заданные конструктором на чертеже геометрическую форму, размер и свойства поверхностей детали. Припуск необходим для надежного обеспечения геометрических характеристик и чистоты рабочих поверхностей детали. Величина припуска зависит от глубины дефектов поверхности и определяется видом и способом получения заготовки, ее массой и габаритами.

Кроме припусков при механической обработке удаляются напуски, которые составляют часть объема заготовки, добавляемую иногда для упрощения технологического процесса ее получения.

Заготовки простой конфигурации (с напусками) дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки.

Выделяют следующие виды заготовок:

получаемые литьем (отливки);

получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки);

заготовки из проката (получаемые отрезкой);

сварные и комбинированные заготовки;

получаемые методами порошковой металлургии.

Заготовка может быть штучной (мерной) или непрерывной, например пруток горячекатаного проката, из которого разрезкой могут быть получены отдельные штучные заготовки.

Заготовки получают также из конструкционной керамики.

Литьем получают заготовки фактически любых размеров простой и очень сложной конфигурации почти из всех металлов и сплавов, а также и из других материалов (пластмассы, керамики и т.д.). Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, трещины, получающиеся в горячем или холодном состоянии), которые часто обнаруживаются только после черновой механической обработки.

Обработкой металлов давлением получают кованые и штампованные заготовки. Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении крупных, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к объемным свойствам материала. Штамповка позволяет получить заготовки близкие по конфигурации к готовой детали. Механические свойства заготовок, полученных обработкой давлением, выше, чем литых.

Сварные и комбинированные заготовки изготовляют из отдельных составных элементов, соединяемых между собой с помощью различных способов сварки. Неправильная конструкция заготовки или неверная технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработкой.

Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требуют незначительной, часто только отделочной обработки.

Заготовки из конструкционной керамики применяют для теплонапряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей.

Поступающие на обработку заготовки подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д.

У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, имитируя схему установки, принятую для первой операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже, обладать соответствующими ему механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок - рыхлоты, раковины, посторонние включения; для поковок - пористость и расслоения, трещины по шлаковым включениям, «шиферный» излом, крупнозернистость, шлаковые включения; для сварных конструкций - непровар, пористость металла шва, шлаковые включения).

Дефекты, влияющие на прочность и внешний вид заготовки, подлежат исправлению. В технических условиях должны быть указаны вид дефекта, его количественная характеристика и способы исправления (вырубка, заварка, пропитка различными химическими составами, правка).

Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны иметь пригаров, спаев, ужимин, плен, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особенно тщательно должны быть очищены полости отливок. Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонений от прямолинейности более заданных. Заготовки, у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет на качество и точность работы машины, подлежат обязательному естественному или искусственному старению согласно технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.

Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении и проверке технологической оснастки (моделей и приспособлений), должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров, литейных и штамповочных уклонов.

Заготовки, полученные методами литья. Литьем получают заготовки практически любых размеров от простой до очень сложной конфигурации из всех металлов и сплавов. Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья.

Метод литья в песчано-глинистые формы применяют для всех литейных сплавов, типов производств, заготовок любых масс, конфигураций и габаритов. В общем объеме производства отливок литьем в песчано-глинистые формы получают 80 % всех отливок и лишь 20 % отливок производят специальными методами литья. Он отличается технологической универсальностью и дешевизной. Изменяя способы формовки, материалы моделей и составы формовочных смесей, заготовки изготавливают с заданной точностью и качеством поверхностного слоя. Для метода характерны большие припуски на механическую обработку, в стружку уходит 15…25 % металла от массы заготовки.

Литьем в оболочковые формы получают заготовки сложной конфигурации: коленчатые и кулачковые валы, ребристые цилиндры, крыльчатки. Часть поверхностей заготовок не требует механической обработки. Ко времени затвердевания металла формы легко разрушается, не препятствуя усадке металла, остаточные напряжения в отливке незначительны. Расход формовочные материалов меньше в 10…20 раз, чем при литье в песчано-глинистые формы.

Оболочковые формы изготовляются по горячей модельной оснастке 1 (рис. 2, а ), нагретой до 200…250 °С, из специальной формовочной смеси 3, состоящей из мелкозернистого кварцевого песка, термореактивных связующих материалов, увлажнителей (керосин, глицерин), растворителей (ацетон, этиловый спирт) и других веществ, находящихся в опрокидывающем бункере 2. Модельная плита поворачивается на 180 °, формовочная смесь насыпается на нее.

Рис. 2. Схемы операции формовки при литье в оболочковые

литейные формы

Формовочная смесь на нагретой модельной плите выдерживается до образования оболочки толщиной 5…15 мм (рис. 2, б ). После возвращения плиты в исходное положение (рис. 2, в ) смесь прокаливается в печи при температуре 300…350 °С. Полученная таким образом твердая оболочка 4 снимается с модели специальным выталкивателем 5 (рис. 2, г ). Заливка расплавленного металла в такие формы может производится как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. При заливке в вертикальном положении формы для предохранения от преждевременного разрушения помещают в опоку 6 и засыпают чугунной дробью 7 (рис. 2, б ). Выбивка отливок из формы производится на вибрационных решетках или на специальных выбивных установках. При литье в оболочковые формы объем механической обработки сокращается на 30…50 %, металлоемкость заготовок – на 10…15% по сравнению с литьем в песчаные формы. При этом обеспечиваются точность заготовки, соответствующая 13…14 квалитетам, параметр шероховатости поверхности Ra = 25…10 мкм.

В то же время работы с горячими металлическими моделями представляет определенную сложность и является дорогостоящей.

Литье по выплавляемым моделям – метод для изготовления сложных и точных тонкостенных (толщиной до 0,5 мм) заготовок из труднодеформируемых и труднообрабатываемых сплавов с высокой температурой плавления. Он отличается самым длительным и трудоемким ТП среди всех методов литья.

Выплавляемые модели 1 формируют в разъемных пресс-формах 2 (рис. 3, а ) из двух и более частей с вертикальным или горизонтальным разъемом. Формовочная смесь, состоящая из воска, стеарина, модельного состава РЗ, содержащего парафин, синтетический церезин, буроугольный воск и кубовый остаток, а также другие материалы с температурой плавления 50…70 °С, подается под давлением в пресс-форму. После затвердевания модельного состава и извлечения модели из пресс-формы модели собирают в блоки 3 (рис. 3, б ). Блок моделей покрывают жаропрочным слоем 4 при многократном окунании в специальную сметанообразную смесь, состоящую из маршаллита и связующего состава (этилсиликата или жидкого стекла) (рис. 3, в ), с последующими обсыпкой в три-десять слоев мелким кварцевым песком 5 (рис. 3, г ) и отвердением на воздухе или в парах аммиака 6 (рис. 3, д ). Затем производят выплавление модельного состава из полученной многослойной оболочковой формы и заформовывание последней в опокепутем засыпки кварцевым песком 5 (рис. 3, е ) с последующим прокаливанием в печи 7 при температуре 850…950 °С (рис. 3, ж ). Прокаленную форму 8 заливают жидким металлом (рис. 3, з ). После охлаждения формы отливки выбивают, очищают и отделяют от них элементы литниковой системы.

Точность размеров отливки соответствует 11…12 квалитетам, значения шероховатости их поверхности Ra = 25…10 мкм.

Экономичность метода достигается правильно выбранной номенклатурой отливок, особенно когда требования шероховатости поверхности и точности размеров могут быть обеспечены в литом состоянии и требуется механическая обработка только сопрягаемых поверхностей. Применение заготовок, полученных литьем по выплавляемым моделям, вместо штампованных снижает расход металла до 55…75 %, трудоемкость механической обработки до 60 % и себестоимость детали на 20 %.

Рис. 3. Схемы операции формовки при литье

по выплавляемым моделям

Литье в металлические формы (кокиль). Кокилем называют металлическую форму, заполняемую расплавом под действием гравитационных сил. Сущность процесса заключается в многократном применении металлической формы. Стойкость кокилей зависит от технологических факторов: температуры заливки металла, материала кокиля, размеров, массы и конфигурации отливки. Особенностью формирования отливок в кокиль является большая интенсивность теплообмена между отливкой и формой. Быстрое охлаждение расплава снижает жидкотекучесть, поэтому стенки при литье в кокиль значительно толще. Для алюминиевых и магниевых сплавов она составляет 3…4 мм, для чугуна и стали 8…10 мм. Метод полностью устраняет пригар, увеличивает выход годных заготовок до 75…95 %.

Последовательность изготовления отливки в кокиле, состоящая из небольшого числа основных операций, показана на рис. 4.

Подготовка кокиля к работе включает очистку поверхностей полуформ 1 и 3 (рис. 4, а ), плиты 4 и разъемов от следов загрязнений и масла; проверку возможных смещений, центрирования и крепления подвижных частей кокиля. Затем кокиль предварительно нагревают до 150…200 °С газовыми горелками или электронагревателями, что необходимо для лучшего сцепления облицовки и краски с рабочими поверхностями кокиля и металлического стержня 5. Эти огнеупорные покрытия наносятся в виде водной суспензии. Покрытия наносят пульверизатором 2 или кистью, кокиль при этом раскрыт. Облицовка может состоять из нескольких слоев, сверху облицовку покрывают краской для меньшей шероховатости поверхности. Краски имеют такой же состав, что и облицовки, но более жидкие.

Рис. 4. Схема изготовления отливки в металлической форме (кокиле):

а – очистка полуформ; б – установка стержней; в – заливка расплава;

г – частичное удаление металлического стержня; д – извлечение отливки

Облицовки и краска защищают кокиль от резкого нагрева и схватывания с отливкой, а также регулируют скорость охлаждения отливки, что предопределяет свойства металла отливки. После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, значение которой (обычно 150…350 °С) определяется толщиной стенок и размерами, а также задаваемыми свойствами металла отливки.

При сборке кокилей (рис. 4, б ) устанавливается, если он необходим, песчаный стержень 6. После этого полуформы соединяются и скрепляются специальными зажимами или с помощью механизма запирания кокильной машины.

При помощи разливочных ковшей или автоматических заливочных устройств производится заливка кокиля расплавом 7 (рис. 4, в ).

После достижения достаточной прочности отливки при ее затвердевании металлический стержень частично извлекается из отливки (рис. 4, г ), чтобы избежать чрезмерного обжатия его усаживающейся отливкой.

Из открытого кокиля (рис. 4, д ) извлекается затвердевшая и охлажденная отливка; перед этим окончательно удаляется металлический стержень.

Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли и выпоры; при необходимости проводят термообработку отливок. Отливки проходят контроль.

Технологический процесс литья в кокиль дает возможность создавать высокоэффективные автоматические литейные комплексы.

Этот вид литья применяется в условиях крупносерийного и массового производств. Отливки получают из чугуна, стали и цветных сплавов с толщиной стенок 3…100 мм и массой от десятков граммов до сотен килограммов. В соответствии с ГОСТами точность отливок достигает 12…15 квалитетов, а шероховатость поверхности Ra = 25…2,5 мкм. Отливки характеризуются стабильностью по механическим свойствам и плотности.

Однако, для метода характерно наличие дефектов в отливках: деформаций, трещин, газовой пористости.

Литье под давлением является наиболее высокопроизводительным способом получения литых заготовок.

Заливка расплавленного металла производится в металлическую форму (обычно стальную) под давлением (около 100 МПа) при помощи специальной машины компрессорного или поршневого типа с холодной или горячей прессовальной камерой.

Схемы процесса изготовления заготовок на машине с холодной камерой прессования приведены на рис. 5. Порция расплавленного металла подается в прессовальную камеру 1 (рис. 5, а ), где под действием поршня 2 через литниковые каналы заполняет полость металлической пресс-формы (рис. 5, б ). После охлаждения и затвердевания металла извлекается стержень 3 (рис. 5, в ) и вскрывается пресс-форма, одновременно из нее выталкивателем 4 удаляется отливка (рис. 5, г ).

Литьем под давлением получают отливки, в основном из цветных сплавов, по форме, массе и размерам наиболее соответствующие готовым деталям (например, корпуса смесительной камеры, карбюратора и другие детали корпусного и коробчатого типа). Этим способом можно изготовлять сложные тонкостенные отливки с толщиной стенок до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 1 мм с приливами, выступами, резьбой и т.д. При литье под давлением точность размеров заготовки соответствует 8…12 квалитетам точности и значения параметров шероховатости поверхности Ra = 5,0…0,63 мкм.

Основными преимуществами метода являются получение отливок с толщиной стенок менее 1 мм и возможность автоматизации процесса.

Рис. 5. Схемы литья под давлением на машине с холодной

камерой прессования

Центробежное литье. Характерной особенностью метода является утяжеление частиц под действием центробежных сил при заливке и затвердевании. Это улучшает питание отливок, однако химическая неоднородность (ликвация) у таких заготовок выражена более ярко, чем у других. Этим методом получают заготовки типа тел вращения: втулки, гильзы цилиндров, диски, трубы из чугуна, сталей, твердых сплавов и цветных металлов.

Последовательность изготовления отливок на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения форм показана на рис. 6. После подготовки изложницу 1 закрывают крышкой 2 и заливают расплавом через желоб 4 из ковша 3. Позиция I соответствует этапу заливки расплавом вращающихся форм, II – формирования и затвердевания отливок, III - извлечения готовых отливок из форм с помощью захватов или толкателей. Машины с горизонтальной осью вращения применяют для производства отливок – труб диаметром от 50 до 1500 мм и длиной 4…5 м, можно также отливать различные втулки, кольца и т.п. Отливки фасонные (втулки, кольца и др.) с размерами по диаметру, превышающими высоту, получают на машинах с вертикальной осью вращения.

Рис. 6. Схемы процесса получения отливок центробежным литьем:

а – на машинах с горизонтальной осью вращения; б – с вертикальной

осью вращения

Центробежное литье является производительным способом, хорошо поддающимся механизации и автоматизации. Этот вид литья обеспечивает изготовление отливок массой от нескольких граммов до нескольких тонн.

Преимуществами центробежного литья являются хорошее заполнение формы расплавом, повышенная плотность отливок за счет уменьшения пор, раковин и других дефектов, высокие механические свойства отливок, возможность получения отливок из двух и более металлов, располагающихся слоями.

Данный способ имеет следующие недостатки: загрязнение внутренней поверхности отливок неметаллическими включениями, получение неровной внутренней поверхности отливок, введение для внутренних размеров сравнительно больших припусков на механическую обработку. Точность отливок достигает 12…14 квалитетов, шероховатость поверхности Rа = 12,5…1,25 мкм.

Заготовки, полученные обработкой давлением.

Ковка является универсальным методом производства поковок на молоте или прессе. Ковкой получают заготовки для самых разнообразных деталей массой от 10 г до 350 т с припуском от 5 до 34 мм (ковка на молотах) и от 10 до 80 мм (ковка на прессах).

Ковка позволяет получать крупногабаритные заготовки последовательным деформированием отдельных ее участков. В процессе ковки улучшаются физико-механические свойства материала, особенно ударная вязкость.

Горячая объемная штамповка – основной способ получения заготовок для ответственных деталей массой от 0,5 до 20…30 кг. В зависимости от типа применяемого штампа различают штамповку в открытых или закрытых штампах, а также в штампах для выдавливания. В зависимости от применяемого оборудования штамповку подразделяют на штамповку на молотах, прессах, ГКМ, гидравлических прессах, а также на специальных машинах.

Прогрессивными технологическими процессами горячей объемной штамповки являются штамповка на радиально-ковочных машинах, а также жидкая и объемная изотермическая штамповки (рис. 7).

Одновременное обжатие заготовки четырьмя бойками на радиально-ковочных машинах (РКМ) (рис. 7, а ) создает в очаге деформации схему всестороннего неравномерного сжатия. Бойки 1, расположенные радиально и симметрично относительно заготовки 2, совершают кратковременные удары-обжатия (160…1800 ударов в мин). Процесс высокопроизводительный: одна РКМ усилием 10 МН заменяет, например, шесть 2,5 –тонных молотов и один гидравлический пресс усилием 6,3 МН. Радиальное обжатие обеспечивает производство поковок диаметрами 18…600 мм и значительную экономию металла, увеличивает производительность оборудования и повышает износостойкость деталей машин.

Жидкую штамповку проводят в штампах (рис. 7, б ), снабженных полостями для заливки жидкого металла и хранения его излишков Штамп состоит из верхней плиты 1, в которой крепится блок пуансонов 2, состоящий из прошивного 3 и подпрессовочного 4 пуансонов. Матрица 7, укрепленная на нижней плите 9 штампа обоймой матрицы 8, охлаждается водой, подаваемой по шлангу 5 в каналы 6. Поковка 11 массой от 3 до 30 кг удаляется из матрицы выталкивателем 10.

Объемная изотермическая штамповка совершается в закрытых или открытых штампах, в рабочей зоне которых поддерживается температура 800…1100 °С. В штампе (рис. 7, в ) выдавливается заготовка 1 в матрице 12 пуансоном 7. Готовая поковка выталкивателем 14 удаляется из штампа; для этого крепежная плита 4, пуансонодержатель 5 и пуансон, закрепленный кольцом 2 и втулкой 3 на опоре 6, поднимается вверх. Нагревателями являются медные стержни 9, они соединены планками 13, от корпуса штампа 11 изолированы (позиции 15, 16 и 17). Ток подводится устройствами 8, температура фиксируется термопарой 10.

Рис. 7. Прогрессивные способы горячей объемной штамповки:

а – на радиально-ковочных машинах; б – жидкая штамповка;

в - изотермическая штамповка

Горячая объемная штамповка широко применяется для получения заготовок деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и др. так как создает благоприятные условия для расширения номенклатуры деталей, поставляемых на сборку после минимальной механической обработки.

Холодной объемной штамповкой получают заготовки с высокими физико-механическими свойствами благодаря холодному течению металла в штампе. Этим способом получают заготовки деталей, работающих в тяжелых условиях абразивного износа, при ударных и знакопеременных нагрузках, тепловых и других вредных факторах, например, шаровые пальцы рулевой тяги, поршневые пальцы, седла клапанов и др.

Прокаткой получают заготовки, применяемые непосредственно для изготовления деталей на МРС.

Товарные заготовки, сортовые и фасонные профили общего, отраслевого и специального назначения, трубный и листовой прокат, гнутые и периодические профили представляют собой широкий выбор исходных заготовок, обеспечивая экономию металлов и энергии на этапе заготовительных процессов.

Заготовки, полученные методом порошковой металлургии . Заготовки изготовляют различных составов со специальными свойствами. Применение метода для производства заготовок конструкционного назначения оправдано лишь значительным эффектом. Технология получения заготовок методом порошковой металлургии включает следующие основные этапы: подготовку порошков исходных материалов, прессование заготовки из подготовленной шихты в специальных пресс-формах; термическую обработку, обеспечивающую окончательные физико-механические свойства материала.

Достоинством порошковой металлургии является возможность изготовления заготовок из тугоплавких материалов, псевдосплавов (медь-вольфрам-железо-графит), пористых материалов для подшипников скольжения.

Метод порошковой металлургии позволяет изготавливать заготовки, требующие только отделочной механической обработки. Так, зубчатое колесо, полученное порошковой металлургией, обеспечивает зубчатое зацепление по 7-й степени точности и посадочный внутренний диаметр по 7-му квалитету. Это позволяет использовать его без последующей механической обработки. Типовыми деталями из порошков являются зубчатые колеса, кулачки, звездочки, храповики, втулки и др.

Экономичность метода порошковой металлургии проявляется при достаточно больших объемах производства из-за высокой стоимости технологической оснастки и исходных материалов.

Вопросы для самопроверки:

ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ

1. Основные положения для расчета припусков.

2. Методы определения припусков.

3. Расчет размеров заготовки.

Вид заготовок	Доля заготовок	Вид заготовок	Доля заготовок,
Сварные конструкции		Поковки:
Отливки	39,65	штампованные
в том числе из:		из слитков
чугуна	28.28	Изделия из металлических порошков	0,05
стали
цветных металлов	2,07

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.

Основные понятия о заготовках и их характеристика

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.

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, центро-вание, 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 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.

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.

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.

Выбор способа получения заготовок

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.

Обработкой давлением получают заготовки из достаточно пластичных металлов. Механические свойства таких заготовок всегда выше, чем литых. Обработка давлением создает волокнистую макроструктуру металла, которую нужно учитывать при разработке конструкции и технологии изготовления заготовки. Например,. в зубчатом колесе, изготовленном из проката (рис.3.1, а), направление волокон не способствует повышению прочности зубьев. При изготовлении заготовки штамповкой из полосы (рис.3.1,6) или осадкой из прутка (рис.3.1, в) можно получить более благоприятное расположение волокон.

Сварные заготовки изготавливают различными способами сварки-от электродуговой до электрошлаковой. В ряде случаев.сварка упрощает изготовление заготовки, особенно сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является сварной шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заготовки или технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработкой.

Комбинированные заготовки сложной конфигурации дают значительный экономический эффект при изготовлении элементов заготовки штамповкой, литьем, прокаткой с последующим соединением их сваркой. Комбинированные заготовки применяют при изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечно-прессового оборудования, рам строительных машин и т.д.

Перспективно в настоящее время получение заготовок из пластмасс и порошковых материалов. Характерной особенностью таких заготовок является то, что они по форме и размерам могут соответствовать форме и размерам готовых деталей и требуют лишь незначительной, чаще; всего отделочной-обработки.

Основные принципы выбора способа получения заготовок

Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, полученных различными способами. Одним из основополагающих принципов выбора заготовки является ориентация на такой способ изготовления, который обеспечит ей максимальное приближение к готовой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего. Методика технико-экономического анализа приведена в гл.9.

Разработка технологических процессов изготовления заготовок должна осуществляться на основе технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований чертежа и технических условий на заготовку;

В соответствии с экономическим принципом изготовление заготовки должно вестись с минимальными производственными затратами.

Из нескольких возможных вариантов технологического процесса при прочих равных условиях выбирают наиболее экономичный, при равной экономичности - наиболее производительный. Если ставятся специальные задачи, например срочный выпуск какой-нибудь важной продукции, решающими могут оказаться другие факторы (более высокая производительность, минимальное время подготовки производства и др.).

Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок

Форма и размеры заготовки

Наиболее сложные по конфигурации заготовки можно изготавливать различными способами литья. Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяют получать заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В то же время некоторые способы литья (например, литье под давлением) выдвигают определенные ограничения к форме отливки и условиям ее изготовления. .

Заготовки, получаемые штамповкой, должны быть более простыми по форме. Изготовление отверстий и полостей штамповкой в ряде случаев затруднено, а использование напусков резко увеличивает объем последующей механической обработки.

Для простых по конфигурации деталей часто заготовкой является; прокат - (прутки, трубы и т.п.). Хотя в этом случае объем механической обработки возрастает, такая заготовка может быть достаточно экономичной из-за низкой стоимости проката, почти полного отсутствия подготовительных операций и возможности автоматизации процесса обработки.

Для литья и ковки размеры заготовки практически не ограничиваются. Нередко - ограничивающим параметром в этом случае являются определенные минимальные размеры (например, минимальная толщина стенки отливки, минимальная масса поковки). Штамповка и большинство специальных методов литья ограничивают массу заготовки до нескольких десятков или сотен килограммов.

Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок и поковок влияют на их себестоимость. Причем масса заготовки влияет активнее, так как с ней связаны расходы на оборудование, оснастку, нагрев и т.п. Значительное снижение стоимости изготовления литых и штампованных заготовок происходит при увеличении их массы от 2 до 30 кг.

Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовок

Требуемая точность геометрических форм и размеров заготовок существенно влияет на их себестоимость. Чем выше требования к точности отливок, штамповок и других заготовок, тем выше стоимость их изготовления. Это определяется главным образом увеличением стоимости формообразующей оснастки (модели, штампы, пресс-формы), уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности (и, следовательно, более дорогого), увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию. В оптовых ценах на заготовки это удорожание выражается в виде надбавок к базовой цене. Размеры надбавок составляют для отливок 3...6%, для штамповок - 5...15%.

Качество поверхностного слоя заготовки сказывается на возможности ее последующей обработки и на эксплуатационных свойствах детали (например, усталостная прочность, износостойкость). Оно формируется практически на всех стадиях изготовления заготовки. Технологический процесс определяет не только микрогеометрию поверхности, но и физико-механические свойства поверхностного слоя.

В качестве примера сравним заготовки, полученные литьем в песчаные формы и под давлением. В первом случае получают грубую неточную поверхность. При обработке такой заготовки резанием возникает неравномерная нагрузка на резец, что в свою очередь снижает точность обработки. Особенно ярко это проявляется при обработке внутренних поверхностей.

Во втором случае поверхность заготовки имеет низкую высоту микронеровностей, но в связи с высокой скоростью охлаждения и отсутствием податливости формы в поверхностном слое металла создаются остаточные напряжения растяжения. Последние могут привести к короблению отливки и трещинам. Иногда остаточные напряжения выявляются не сразу, а при последующей механической обработке. Съем слоя металла с поверхности нарушает равновесие напряжений и приводит к деформации готовой детали.

Технологические свойства материала заготовки

Каждый способ производства заготовок требует от материала определенного комплекса технологических свойств. Поэтому часто материал накладывает ограничения на выбор способа получения заготовки. Так, серый чугун имеет прекрасные литейные свойства, но не куется. Титановые сплавы обладают высокими антикоррозионными свойствами, но получить из них отливки или поковки весьма затруднительно.

Технологические свойства оказывают влияние на себестоимость изготовления заготовок. Например, переход при изготовлении отливки от чугуна к стали повышает себестоимость литья (без учета стоимости материала) на 20...30%. Применение легированных и высокоуглеродистых сталей при производстве заготовок штамповкой повышает стоимость их изготовления на 5...7%.

Если заготовки из одного и того же материала получать различными Способами (литье, обработка давлением, сварка), то они будут обладать неидентичными свойствами, т.к в процессе изготовления заготовки происходит изменение свойств материала. Так, литой металл характеризуется относительно большим размером зерен, неоднородностью химического состава и механических свойств по сечению отливки, наличием остаточных напряжений и т.д. Металл после обработки давлением имеет мелкозернистую структуру, определенную направленность расположения зерен (волокнистость). После холодной обработки давлением возникает наклеп. Холоднокатаный металл прочнее литого в 1,5...3,0 раза. Пластическая деформация металла приводит к анизотропии свойств: прочность вдоль волокон примерно на 10...15% выцГе, чем в поперечном направлении.

Сварка ведет к созданию неоднородных структур в самом сварном шве и в околошовной зоне. Неоднородность зависит от способа и режима сварки. Наиболее резкие отличия в свойствах сварного шва получают при ручной дуговой сварке. Электрошлаковая и автоматическая дуговая сварки дают наиболее качественный и однородный шов.

Программа выпуска продукции

Программа выпуска продукции, т.е. количество изделий, выпускаемых в течение определенного периода времени (обычно за год), является одним из важнейших факторов, определяющих выбор способа производства заготовок. Ее влияние для каждого технологического процесса легко проследить по себестоимости одной заготовки:

Сзаг=й+6/П (3.1)

или производственной партии:

С==аП+Ь,

где а - текущие затраты (стоимость расходуемого материала, заработная плата основных рабочих, расходы на эксплуатацию оборудования и инструмента и т.д.); Ь - единовременные затраты (на оборудование, инструмент, его амортизацию и ремонт); П - размер производственной партии, шт.

Очевидно, что увеличение размера партии ведет к уменьшению себестоимости заготовки. Однако такое снижение себестоимости происходит не однозначно. При увеличении производственной партии свыше значения П, - требуется введение дополнительного оборудования, технологической оснастки. Зависимость себестоимости от размеров партии приобретает в этом случае более сложный (ступенчатый) характер (рис.3.2).

Сравнение двух (или нескольких) вариантов технологических процессов изготовления заготовок можно осуществить графически (рис.3.3). Точка пересечения дает критическую производственную партию Пк, которая разделяет области рационального применения того или иного технологического процесса.

Программа выпуска позволяет также определить экономически целесообразные пределы применения различных методов получения заготовок (рис.3.4).

Рис.3.2. Зависимость себестоимости С партии заготовок (1) и одной заготовки (2) от размера производственной партии П:

П1, П2 - критические значения размеров партии

Рис.3.3. Сравнение себестоимости С технологических про-цессов изготовления заготовки (варианты 1 и 2) в зависимости от размера производ-ственной партии

Рис.3.4. Поводок (а) и зависимость себестоимости заготовки от метода ее изготовления и размера производственной партии (б)

Производственные возможности предприятия

При организации производства нового вида заготовок, кроме разработки технологических процессов, следует установить необходимость нового оборудования, производственных площадей, кооперативных связей, "постановки дополнительных материалов, электроэнергии, воды и т. п: В этом случае выбор оборудования, оснастки и материалов производится на основании предварительного технико-экономического анализа.

При проектировании технологического процесса для действующего предприятия его следует связать с возможностями этого предприятия. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и количестве имеющегося оборудования, производственных площадях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных служб и т.д.

Многие из упомянутых выше факторов взаимосвязаны. Например, внедрение литья в металлические формы (кокиль) позволяет значительно снизить потребность в производственных площадях в литейном цехе (уменьшаются габаритные размеры машин, снижается расход формовочных материалов и т.п.). Но, с другой стороны, изготовление и ремонт кокилей требует дополнительных затрат в Инструментальных и ремонтных цехах.

Определенное влияние на выбор способа изготовления заготовки оказывают также наличие и уровень квалификации рабочих и ИТР на предприятии. Чем ниже квалификация рабочих и больше производственная программа, тем детальнее необходимо разрабатывать технологическую документацию, тем больше нагрузка на технологические службы предприятия и выше требования к квалификации ИТР.

Длительность технологической подготовки производства

B процессе технологической подготовки производства решаются задачи: технологического проектирования - разработка технологических процессов, маршрутных карт и т.п.; нормирования-расчеты трудоемкости операций и материалоемкости деталей; конструирования и производства основного и вспомогательного оборудования и технологической оснастки.

Сложность периода технологической подготовки производства состоит в том, что все работы должны вестись в кратчайшие сроки с минимальной трудоемкостью и стоимостью. Удлинение периода подготовки производства может привести к моральному устареванию изделия, снижению фондоотдачи капиталовложений и т.д. Поэтому начинать подготовку желательно еще во время проектирования изделия.

Длительность и объем технологической подготовки производства определяется сложностью изготавливаемого изделия, характером применяемых технологических процессов и типом производства. Чем больше количество и сложность используемого оборудования, тем больше объем и длительность подготовки. В условиях массового и серийного производства технологическая подготовка ведется особенно подробно. В единичном производстве технологическая подготовка ограничивается разработкой минимальных данных, необходимых для производства. Их детализация возлагается на цеховые технологические службы. В некоторых случаях (например, для устранения «узких» мест производства) с целью сокращения периода подготовки выбирают такой метод производства заготовок, который требует минимальных затрат на производство оборудования, инструментов и оснастки, необходимых для осуществления данного технологического процесса.

Методика выбора способа получения заготовок

На первом этапе тщательно анализируются детальные и сборочные чертежи изделия, взаимосвязи элементов конструкции при сборке, эксплуатации и ремонте. Анализ сопровождается критической оценкой чертежей с точки зрения технологичности и обоснованности технических требований. Все выявленные недостатки исправляются совместно с разработчиком конструкции.

Затем, исходя из заданной программы выпуска продукции, конфигурации и размеров основных деталей и узлов, а также производственных возможностей предприятия, устанавливается тип и характер будущего производственного процесса (единичное, серийное, или массовое; групповое или поточное).

В соответствии с конструкцией детали и предъявляемыми техническими требованиями устанавливают основные факторы (см. п.3.3), определяющие выбор вида заготовки и технологии ее изготовления. Факторы желательно располагать в порядке убывания их значимости.

Анализируя степень влияния рассмотренных выше факторов, выбирают один или несколько технологических процессов, обеспечивающих получение заготовок требуемого качества. Одновременно проверяют возможность использования комбинированных заготовок. На предварительном этапе выбора оптимального способа получения заготовок можно воспользоваться так называемой матрицей влияния факторов (табл.3.1). Оценка каждого фактора в ней производится «плюс - минус» или с помощью коэффициента удельного веса (от 0 до 1). Лучшим считается способ, набравший большее число плюсов или большую сумму коэффициентов.

После выбора нескольких вариантов получения заготовок для каждого из них конкретизируют: последовательность выполняемых операций (например, штамповка на прессе, затем на ГКМ; вальцовка, затем штамповка и сварка), используемое оборудование, основные и вспомогательные материалы. Если ни у одного из отобранных, способов получения заготовок нет определенных преимуществ, укрупненно проектируют несколько наиболее приемлемых заготовок и технологических процессов их производства.

3.1. Образец оформления матрицы влияния факторов

Для разработанных технологических процессов определяют основные технико-экономические показатели и на основании их анализа выбирают наиболее рациональный. Затем для выбранного способа производства разрабатывается подробный технологический процесс и делается его технико-экономический анализ.

Норма расхода металла и масса заготовки

Норму расхода материала, кг, на единицу, продукции можно выразить такой формулой:

Н == Сд + Ст. о + Сз. о, (3.3)

где Сд-масса готовой детали; Ст. о-масса технологического отхода; Gз. o-масса заготовительного отхода.

Массу готовой детали <3д можно рассчитать по формулам на основании данных чертежа или непосредственного обмера, а в случае особо сложной конфигурации детали - контрольным взвешиванием образца.

Масса технологического отхода Gт. о, м представляет собой неизбежные для данного производства потери материала, которые можно рассчитать так:

g t. o = От. а. з + бт.п. м, (3.4 )

где бт.п. з-технологические потери материала на угар, облой, прибыли, литниковую, систему; (Зт.п. м-технологические потери материала в виде припусков и напусков. Технологический отход находится в прямой зависимости от типа производства.

Масса заготовительного отхода Сз. о непосредственно с процессом изготовления детали не связана. Она определяется условиями поставки металла или материала. Например, отход прутка из-за некратности его длины длине заготовки, полосовой отход при холодной вырубке деталей из листа и т.д.

Масса технологического и заготовительного отходов уменьшается по мере совершенствования технологических процессов и применения прогрессивных методов обработки. При любом типе производства необходимо стремиться к снижению норм расхода материала за счет уменьшения технологического и заготовительного.отходов. Особенно актуальна эта задача в условиях массового производства. Именно в массовом производстве родились безотходные методы производства изделий (например, производство болтов и винтов из прутка методом холодной высадки).

Масса, с которой заготовка поступает на предварительную механическую обработку, называется массой заготовки. Масса заготовки, кг

Gs =s Од +, Ст.п. м.

Требования к заготовкам с точки зрения последующей обработки

Помимо минимальной, металлоемкости и трудоемкости к заготовкам предъявляют ряд требований с точки зрения их последующей механической обработки. К числу таких требований относятся: минимальные припуски на обработку; рациональное расположение литейных и штамповочных уклонов; повышенная точность размеров; минимизация или полное устранение дефектных слоев и др.

Минимизация припусков уменьшает количество проходов и переходов механической обработки и тем снижает ее стоимость.

Штамповочные и литейные уклоны ограничивают возможность использования отдельных поверхностей заготовки в качестве технологических баз при механической обработке, снижают точность обработки. Соответствующим выбором способа получения заготовки конструктор может создать наиболее приемлемую ее форму, позволяющую осуществить механическую, обработку с наименьшими трудозатратами. Основным требованием здесь является такое расположение плоскости разъема штампа или литейной формы, при котором установочные поверхности заготовки будут лишены уклонов и следов разъема.

Точность размеров заготовок, получаемых различными способами, колеблется от сотых долей до нескольких десятков миллиметров. Естественно при этом стремление получить точность заготовки максимально приближенной к требованиям чертежа готовой детали. В этом-случае иногда удается обойтись без механической обработки. Особенно возрастают требования к точности заготовок и стабильности размеров при обработке их на прутковых автоматах, станках типа «обрабатывающий центр», в гибких производственных системах, робототёхнических комплексах и пр. Низкая точность заготовок в автоматизированном производстве часто является причиной отказа сложных систем и линий. Поэтому точность заготовок перед запуском их на обработку в автоматизированном производстве часто приходится повышать путем предварительной обработки базовых поверхностей.

Наличие дефектного слоя на поверхности, подлежащей механической обработке, с одной стороны, приводит к увеличению припусков, с другой - к снижению стойкости режущего инструмента. Дефектный слой у чугунных отливок, получаемых в песчаных формах по деревянным моделям, составляет 1...5 мм, у поковок - 1,5...3 мм, у штампованных поковок-0,5,. .1,5, у горячекатаного проката - 0,5...1,0 мм. Без учета влияния вышеперечисленных факторов на последующую механическую обработку невозможно квалифицированно выбрать способ получения заготовки.

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

Поверхности деталей делятся на обрабатываемые и необрабатываемые. В этой связи все детали в машиностроении можно разделить на три группы. К первой группе относятся детали, точность "и качество поверхностного слоя которых могут быть обеспечены тем или иным способом получения заготовки без какой-либо механической обработки. Типичными представителями таких деталей являются детали, получаемые холодной штамповкой из пластмасс, металлических порошков черных и цветных металлов, а также (реже) прецизионными способами литья и горячей штамповки. Вторая группа-летал», у которых все поверхности должны быть обработаны механически. Необходимость в механической обработке здесь может быть обусловлена двумя причинами: отсутствием способов получения заготовки, обеспечивающих требуемые по чертежу точность и качество поверхностного слоя, или экономической нецелесообразностью (дороговизной) получения требуемого качества детали имеющимися технологическими способами получения заготовок. Третью группу составляют детали, у которых часть поверхностей не обрабатывается, а наиболее точные, исполнительные и поверхности, подлежат обработке путем снятия стружки. Третья группа наиболее многочисленна и занимает промежуточное положение между первыми двумя. Производство деталей первой группы обходится наиболее дешево. Оно открывает путь к безотходной или, по крайней мере, малоотходной технологии. В стремлении к такому производству проявляется одна из самых важных тенденций развития машиностроения. Однако низкий уровень большинства наиболее распространенных в настоящее время способов получения заготовок вынуждает иметь в структуре любого машиностроительного завода механические цехи, - в которых заготовки превращаются в детали путем снятия с их поверхностей припусков на обработку.

Таким образом, основной тенденцией заготовительного производства является повышение точности и улучшение качества поверхностного слоя заготовок. Однако достижение этих качеств при малой программе выпуска может оказаться экономически невыгодным, так как расходы на оснастку для заготовительных процессов могут превысить экономию на механической обработке.

Рассмотрим сказанное на примере детали (рис.3.5), всем обрабатываемым поверхностям которой присвоены номера. Точность и шероховатость пронумерованных поверхностей различны. Поверхности, 2, 3, 4, 6, 7, 8 и 9 нуждаются в однопереходной обработке (строгании, фрезеровании или точении). Поверхность 1, являющаяся базовой поверхностью, требует применения двухпереходной обработки (чистового и чернового фрезерования).

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

Сварные заготовки изготавливают различными способами сварки-от электродуговой до электрошлаковой. В ряде случаев*сварка упрощает изготовление заготовки, особенно сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является сварной шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заготовки или технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно исправить механической обработкой.

Основное направление технологии машиностроения совершенствование, заготовительных процессов с целью снижения затрат на механическую обработку, ограничения технологических операций окончательной обработки, обспечение малоотходной или безотходной технологии.

Метод получения заготовки определяется, размерами программного задания и технологическими возможностями заготовительных цехов; возможностями получения заготовок от специализированных предприятий; материалом детали, формой ее поверхности, размерами и техническими требованиями на изготовление.Метод получения заготовки, кроме того, определяется от возможностей изготавления технологической оснастки (изготовление штампов, моделей, пресс-форм). Себестоимость изготовления детали состоит из затрат на заготовку и механическую обработку. И в итоге важно обеспечить снижение всей суммы, а не одной составляющей Создание конструкции, позволяющей обработку резаньем заменить штамповкой или высадкой, во многих случаях ведет к уменьшению расхода материала и снижению трудоемкости.Существуют следущие методы получения заготовок:

1. Литьё. При выборе литья в качестве заготовки учитываются следующие факторы: пригодность данного способа для необходимого формообразования с учетом размеров; соответствие материала, из которого возможно выполнить литье, требованиям чертежа детали; технологические возможности способа литья по получению точности размеров и шероховатости поверхностей при конкретных производственных условиях.

К наиболее распространеннымметодам литья относятся литье в оболочковые формы, литьё в песчано-глинястые формы, литьё по выплавляемым моделям, в металлические формы, литьё под давлением, центробежное литьё.

Метод литья в песчано-глинястые формы применяют для всех литейных сплавов, типов производств, заготовок любых масс, конфигураций и габаритов. В общем обьеме производства отливок литьем в песчано-глинястые формы получают 80% всех отливок и лишь 20 % отливок производят специальными методами литья. Он отличается технологической универсальностью и дешевизной. Изменяя способы формовки материалы моделей и составы формованных смесей, заготовки изготавливают с заданной точностью и качеством поверхностного слоя. Метод отличается большим грузопотоком формовочных и вспомогательных материалов, для него характерны большие припуски на механическую обработку, в стружку уходит15-25% металла от массы заготовки.

Литье в оболочковые формы С помощью этого метода получают заготовки сложной конфигурации: коленчатые и кулачковые валы, ребристые цилиндры и крылбчатки. Часть поверхностей заготовок не требуемой механической обработки.Ко времени затвердевания металла формы легко разрушаются, не препятствуя усадке металла, остаточные напряжения в отливке не значительные. Расход формовочных материалов меньше в 10-20 раз, чем при литье в песчано- глинястые формы. В то же время с горячимиметаллическими изделиями представляет определенную сложность.

Литье по выплавленным моделям _ это метод для изготовления сложных и точных заготовок для трудно-формируемых и трудно вырабатываемых сплавов с высокой температурой плавления. Он отличается самым и трудоемким тпом производства среди всех методов литья. Экономичность метода достигается правильно выработанной номенклатурой отливок, особено когда требования шероховатости и точности размеров могут быть обеспечены в литом состоянии и требуется механическая обработка только сопрягаемых поверхностей. Применение заготовок, полученные литьем по выплавляемым моделям, вместо штампованных снижает расход металла на 55-75%, трудоемкость механической обработки до-60% и себестоимость детали на 20%.

2. Горячее пластическое деформирование. Около 90 % выплавляемых сталей обрабатываются давлением, что показывает важность данного метода получение заготовок. В зависимости от серийности выпуска деталей применяются различные методы обработки заготовок давлением. В единичном и мелкосерийном производствах заготовки чаще всего изготавливают свободной ковкой. Этим способом можно получить поковки только простой конфигурации. В средне и мелкосерийном производствах применяют горячую штамповку на молотах, прессах и ГКМ. В массовом производстве применяют специализированные кузнечные машины. К машинам этого типа относят высокоскоростные штамповочные молоты, ковочные вальцы, обжимные, раскатные, накатные, гибочные и т. д

К малоотходным процессам формообразования деталей обработкой давлением - относится точная штамповка, накатка зубьев зубчатых колес, шлиц и резьбы, горячее и холодное выдавливание, радиальная и ротационная ковка. При внедрении малоотходных процессов обработки давлением, необходимо решение проблем, связанных с их спецификой - получение точной по массе и объему исходной заготовки, предварительная подготовка заготовки - нанесение защитно-смазочных покрытий, повышение стойкости инструмента, применение безокислительного нагрева заготовки.

3. Холодная штамповка. При внедрении этого метода производства можно получить окончательные размеры и форму сложных деталей (шестерни, шпиндели, шатуны, клапаны, распределительные валы и др.),причем последующая механическая обработка сводится к минимуму или исключается. Этот способ устраняет потери метала на угар и отходы в окалину, обеспечивает высокое качество поверхностей изделия. В результате холодного деформирования в металле обеспечивается однородность структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя. Холодная штамповка - способ получения заготовок из листа или ленты посредствам вырубки, вытяжки, проколки, гибки, фланцовки и т. д. Целесообразность ее применения определяется рядом условий -серийностью выпуска изделий, конфигурацией изделий, механическими свойствами материала, точностью изготовления деталей.

Применение холодной штамповки для получения заготовки выгодно, если деталь имеет сложную форму, размеры при этом не требуется выполнять точно; при наличии у деталей прорезей с острыми углами; при изготовлении деталей, заготовки которых имеют вид целых шайб или шайб с центральным отверстием; для изготовления деталей, если будут оправданы затраты на изготовление и эксплуатацию штампа.

4. Прокат. Прокат применяется, когда геометрия изделия соответствует форме сортового материала (круглого, шестигранного и т.д.). Широко используют бесшовные трубы и профильный прокат (уголки, швеллеры, балки). Используя гнутые, открытые и закрытые профили, значительно снижается масса детали.
5. Заготовки из пластмасс. Пластмассы широко применяются для изготовления несложных деталей (крыльчатки, насосы, шкивы, втулки). Следует учитывать, что пластмассам свойственны, низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, старение, низкая теплостойкость (250 - 300°С).

Метод получения заготовки производится на качественном и количественном уровнях. Решение по выбору технологического процесса получения заготовки принимается на основе сравнительной оценки сопоставимых вариантов. Экономически целесообразным считается тот вариант получения заготовки, который обеспечит минимальные приведенные затраты на заготовительных и механических цехах завода. Расчет приведенных затрат выполняется в соответствии с методиками технико-экономического обоснования варианта технологического процесса. Такие расчеты выполняют технические службы завода, имеющие опыт расчета технологических проработок. Мы производим расчеты на качественном уровне, т.е применяем приближенный метод выбора заготовки. Сущность его в том, что для простых изделий, в учебных целях, задача выбора заготовки решается путем анализа технологических свойств материала изделия, сложности изделия, габаритов и программы выпуска. Анализ выполняется по 4 критериям:

Технологические свойства материала изделия: В соответствии с данными чертежа, материал, из которого изготовлен золотник, - сталь 40Х. Данная сталь обладает высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений. Технологические особенности заготовительного производства определяют следующие способы получения заготовки: литье, ковка, штамповка и прокат

2. Конструкция изделия: Т. к. золотник имеет простую конфигурацию, т.е. незначительные перепады диаметров цилиндров, то из возможных способов получения назначаем штамповку и прокат.
3. Габариты изделия.: Такой способ заготовительных производств как штамповка имеет ограничения по габаритам заготовки, следовательно из всех возможных способов выбираем прокат.
4. Тип производства: назначаем мелкосерийное производство в тысячу деталей.

Таким образом, учитывая программу выпуска, простую конфигурацию детали и основываясь на данных справочника технолога-машиностроителя , наиболее рациональным способом заготовки для золотника является круглый прокат из стали 40Х ГОСТ4543-71.

Длина заготовки:

Lз=Lд+2П+Т,

где Lд = длине детали; П - припуск; Т - ширина резца.

Lз,1 = 205+2*1+6 = 213 мм

Lз,1000 = 1000* Lд+2П*10+9*Т = 1000*205+2*1*10+9*6 = 205074 мм

Принимаем необходимую длину заготовки, равную Lз = 213000 мм

Объем детали:

Vд = Vп1+ Vп2+ Vп3+ Vп4+ Vп5+ Vп6+ Vп7+ Vп8+ Vп9+ Vп10+ Vп11-Vп12-Vп13

Vц1=3,14 *R12*H1 = 3,14*22,52*4 = 6358.5 мм3

Vц2 = 3,14*182*8= 8138.88 мм3

Vп3=3,14*22.52*38= 60405.75 мм3

Vп4=59*1/2*38*35=39235 мм3