Введение
Во введении следует кратко отразить важность проблемы рационального выбора методов и способов получения заготовки, влияние принятых решений на эффективность промышленного производства.
Назначение и конструктивные особенности деталей
На основании чертежей деталей описывается их предположительное назначение и технологические особенности. Особое внимание должно быть уделено конфигурации детали, точности и шероховатости их поверхностей, возможности максимального приближения формы заготовки к форме детали при различных методах и способах изготовления заготовки. Используя стандарты на материалы, определяются химический состав и физико-механические свойства материалов представленных деталей. Должна быть определена необходимость, возможность и целесообразность замены материалов деталей на другие, более подходящие по физико-механическим, технологическим и другим свойствам
Выбор и обоснование способов получения заготовок
Штампованная заготовка
Горячая объемная штамповка бывает различных видов в зависимости от типов штампов, оборудования, исходной заготовки, способа установки заготовки в штампе и т.п.
В зависимости от оборудования различают следующие основные виды объемной штамповки: на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия; кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП); горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); гидравлических и фрикционных прессах.
В зависимости от типа штампа штамповку подразделяют на следующие виды: в открытых штампах, в закрытых штампах; в штампах для выдавливания. Выбор типа штампа определяется конфигурацией и сложностью детали, ее массой и материалом, характером производства.
Горячую штамповку в открытых штампах применяют на паровоздушных молотах двойного действия, бесшаботных молотах, кривошипных и фрикционных прессах.
Штамповкой в закрытых штампах (безоблойной) обычно изготовляют поковки, имеющие форму тел вращения или близких к ним.
Штамповкой на ГКМ получают поковки типа стержней с утолщением, колец, втулок гладких и с одним или двумя буртиками, поковки с глухой полостью, поковки типа стержней с утолщением и глухой полостью, поковки с глубокими полостями и сквозными отверстиями, поковки из труб. Масса поковок 0,1...100 кг, максимальный диаметр заготовки – 315 мм. Штамповку выполняют, как правило, из круглого проката повышенной точности, труб и значительно реже из штучных заготовок.
На КГШП штампуют заготовки массой до 200 кг типа плоских поковок (штампуемых в торец), шестерен, крестовин с круглой ступицей, круглых и квадратных фланцев со ступицами, ступенчатых валов, валов-шестерен, рычагов, шатунов.
Штамповку на молотах в основном применяют при серийном и крупносерийном производствах поковок массой 0,1...1000 кг.
Штамповка на КГШП наиболее целесообразна при крупносерийном и массовом производствах деталей сложной формы.
Гидравлические прессы обеспечивают неударный характер работы, однако они значительно тихоходнее, дороже и менее производительны, чем штамповочные молоты. Поэтому их применяют только там, где невозможно использовать молот: при штамповке крупных заготовок; малопластичных сплавов, не допускающих больших скоростей деформирования; при различных видах штамповки выдавливанием, где требуется большой ход рабочего инструмента; для штамповки поковок цилиндрической формы типа втулок, стаканов и очень сложных форм в разъемных матрицах.
Литая заготовка
Способ изготовления отливки назначают с учетом ее массы, серийности выпуска и сложности. Для определения группы серийности все отливки предварительно разделяют на два вида: изготавливаемые литьем в песчаные формы и кокили (в том числе в оболочковые формы и центробежным литьем), а также изготавливаемые по выплавляемым моделям и под давлением.
Принятое распределение отливок по массе приведено в табл. 2.1, а группы их серийности – в табл.2.2 и 2.3.
При определении группы сложности отливок учитывают их форму, конфигурацию наружных и внутренних поверхностей, наличие выступающих элементов и углублений, их сложность и уровни расположения, необходимость применения стержней и их количество, технологичность изготовления форм и др.
Все отливки делятся на пять групп сложности.
К группе 1 относятся отливки простой геометрической формы: плоские, круглые или полусферические. Наружные поверхности – гладкие и прямолинейные с невысокими ребрами, бобышками, отверстиями, углублениями, фланцами, выполняемые без стержней или отъемных частей. Внутренние полости – неглубокие, гладкие, выполняемые простыми стержнями. К ним также относят простые полые отливки, изготовляемые центробежным литьем.
К группе 2 относятся отливки плоские, круглые или полусферические, открытой коробчатой формы в виде сочетания простых геометрических тел. Наружные поверхности – прямолинейные и криволинейные, с наличием ребер, буртов, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями простой конфигурации, отдельные части которых выполняются стержнями.
К группе 3 относятся отливки открытой коробчатой, сферической, полусферической, цилиндрической и других форм. Наружные поверхности – сравнительно сложной конфигурации с наличием нависающих элементов, ребер, кронштейнов, фланцев с отверстиями и углублениями, часть из которых выполняют с использованием стержней. Внутренние полости – отдельные или сочлененные геометрические фигуры большой протяженности или высокие с незначительными выступами или углублениями, расположенные в одном и частично в двух ярусах со свободными широкими выходами полостей.
Т а б л и ц а 2.1
| Номер группы | Масса отливки, кг | Номер группы | Масса отливки, кг | ||
| Литье в песчаные формы и кокили | |||||
| До 0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 1,0...3,0 3,0...10,0 | 10...20 20...50 50...200 200...500 500...1000 | ||||
| Литье по выплавляемым моделям и под давлением | |||||
| До 0,05 0,06...0,1 0,1...0,2 0,2...0,5 0,6...1,0 | 1...2 2...5 5...10 10 и более | ||||
К группе 4 относятся отливки закрытой или частично открытой коробчатой и цилиндрической формы. Наружные поверхности – криволинейные и прямолинейные, с примыкающими кронштейнами, фланцами, патрубками и другими элементами различной конфигурации, многие из которых или все выполняются стержнями. Внутренние полости имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями. Они расположены в один-два яруса и имеют один или два свободных выхода.
К группе 5 относятся сложные отливки закрытой коробчатой, цилиндрической или комбинированной формы. Наружные поверхности – криволинейные, сложной конфигурации, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими сложными элементами, выполняемыми с применением большого числа стержней. Внутренние полости отливок имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под разными углами, с выемками и выступами, с ленточными и кольцевыми каналами, расположенными в два и более яруса, с затрудненным выходом.
Объективное определение группы сложности отливки необходимо для правильного выбора способа ее изготовления и определения стоимости, для разработки технологического процесса ее изготовления.
Т а б л и ц а 2.2
| Номер группы по табл. 2.1 | Годовое число отливок одного наименования, получаемых литьем в песчаные формы и кокили при производстве | ||||
| массовом | крупносерийном | серийном | мелкосерийном | единичном | |
| Группа серийности | |||||
| 1 1 22222 2 33333 3 | Свыше | 175000-700000 150000-600000 100000-500000 75000-350000 30000-200000 15000-100000 10000-60000 7500-40000 4500-25000 3000-20000 | 35000-175000 30000-150000 20000-100000 12000-75000 6000-30000 3000-15000 2500-10000 1500-7500 1000-4500 600-3000 | 2500-35000 2000-30000 1500-20000 1000-12000 500-6000 300-3000 200-2500 100-1500 75-1000 50-600 | До |
Сравнительная характеристика способов литья приведена в табл. 2.4
Литье в песчано-глинистые формы экономически целесообразно при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Изменяя способ формовки, используя различные материалы моделей и составы формовочных смесей, можно получать отливки с достаточно точными размерами, чистой поверхностью, не требующие последующей механической обработки по отдельным поверхностям. Однако, несмотря на универсальность и относительную дешевизну, данный способ литья связан с большим грузопотоком вспомогательных материалов, повышенной трудоемкостью.
При литье в песчано-глинистые формы 15...25% массы отливки превращается в стружку при механической обработке, на что расходуется около 25% вырабатываемой электрической энергии. Переход к специальным способам литья (кокильному, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, центробежному, под давлением) дает возможность снизить припуски на механическую обработку и количество стружки до 5...7%.
Экономичность применения этих способов литья повышается с переходом от серийного производства к массовому. Преимущество специальных видов литья состоит не только в снижении объема механической обработки, но и в уменьшении массы литниковых систем и резком снижении расхода формовочных материалов. Технологические процессы получения отливок этими способами легко поддаются механизации и автоматизации.
Т а б л и ц а 2.3
| Номер группы по табл. 2.1 | Годовое число отливок одного наименования, получаемых литьем по выплавляемым моделям и под давлением при производстве | ||||||
| массовом | крупносерийном | серийном | |||||
| Группа серийности | |||||||
| Литье по выплавляемым моделям | |||||||
| Свыше 1000000 | 800000...1000000 600000...800000 300000...400000 225000...30000 11000...15000 9000...12000 7000...10000 3000...4000 2000...3000 | До 800000 | |||||
| Литье под давлением | |||||||
| Свыше 1000000 | 800000...1000000 600000...800000 450000...600000 375000...500000 300000...400000 225000...300000 150000...200000 75000...100000 35000...50000 | До 800000 | |||||
Таблица 2.4
| Способ литья | Тип производства | Материал отливок | Масса отливок, кг | Толщина стенок, мм | Достижимый квалитет точн. | Шероховатость, Rа, мкм | Технологические особенности | Область применения |
| В песчаные формы | В Все | Чугун, сталь, цветные металлы | 10...1000 | ³ 3 | 14...17 | 80...20 | Изготовление отливок любой конфигурации, требующих большого количества стержней | Фланцы, крышки, втулки, корпуса, маховики, колеса |
| Кокильное | ММ, С | Сталь, чугун, цветные металлы | 0,1...50 | ³ 3 | 12...15 | 20...5 | Толстостенные отливки простые и средней сложности | Муфты, втулки, стаканы, маховики,корпуса, колеса |
| В оболочковые формы | М М,С | Чугун, угле- родистая и легированная сталь, цветные металлы | 0,1...80 | 2...4 | 12...15 | 40...5 | Тонкостенные отливки компактной формы | Лопатки турбин зубчатые колеса, штуцера, фитинги |
Продолжение табл. 2.4
| Способ литья | Тип производства | Материал отливок | Масса отливок, кг | Толщина стенок, мм | Достижимый квалитет точн. | Шероховатость, Rа, мкм | Технологические особенности | Область применения |
| По выплавляемым моделям | М, С | Высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, цветные металлы | 0,01... | ³ 0,7 | 11...14 | 10...2,5 | Мелкие и средние отливки сложной конфигурации | Лопатки турбин, зубчатые колеса, штуцера, фитинги |
| Под давлением | ММ,С | Цветные металлы и сплавы | 0,001... 13,0 | 0,5...6,0 | 9...13 | 10...2,5 | Тонкостенные отливки слож ной конфигу рации | Корпуса приборов, шестерни, панели |
| Центробежное | М, С | Серый чугун, сталь, медные сплавы | 0,1... | ³ 4 | 13...15 | 20...5 | Детали, имеющие ось симметрии | Трубы, кольца, втулки, гильзы |
Выбор оборудования и оснастки
Штампованная заготовка
Точность получаемых заготовок, производительность штамповки, расход энергии, износ штампов во многом зависят от правильности выбора штамповочного оборудования. Недостаточная масса падающих частей молота приводит к уменьшению стойкости штампов и увеличению расходов по эксплуатации молота.
Массу падающих частей штамповочного молота G, кг можно определить по номограммам, приведенным в справочниках [1], или по эмпирической формуле [ 2 ]:
,
где a - удельная работа, затрачиваемая на 1 м2 поверхности поковки, Дж/м2; F – полная поверхность поковки, м2; g - отношение предела прочности стали, из которой штампуют поковку при температуре конца штамповки, к той же величине для стали с sв=490 МН/м2; n – число ударов молота при штамповке в чистовом ручье; h – высота падения бабы молота, м.
Для расчетов следует принимать n = 3...4, a = 2,4 Дж/ м2 для стали с sв=490 МН/м2 и h = 1,5...1,8 м. Для молотов двойного действия в знаменатель формулы вводится коэффициент, равный 1,8. Полную поверхность поковки можно приблизительно определить по величине площади ее проекции Fпр: F= 2,3 Fпр.
Ориентировочно массу падающих частей штамповочного молота в зависимости от массы получаемой поковки можно определить по табл. 2. 5.
Т а б л и ц а 2. 5
| Масса поковок, кг | Масса падающих частей, кг |
| 1,0 1,0...1,25 2,5...7,0 7,0...17 20...40 70...100 180...360 |
Для выбора пресса необходимое усилие прессования можно определить по приближенному соотношению между усилием пресса Р, МН и массой падающих частей молота G, т: Р = (10...12) G.
При штамповке в закрытых штампах на ГКМ усилие, необходимое для штамповки определяется:
,
где Fпр - площадь проекции поковки на плоскость, перпендикулярную к направлению движения главного ползуна, м2; sв –предел прочности штампуемого металла при температуре штамповки, МПа; К – опытный коэффициент, учитывающий операцию штамповки, форму и размеры элементов поковки (К=1...8, определяется по таблицам в справочниках [ 1 ])
Формообразование поковки происходит в полостях штампов, называемых ручьями. Ручьи штампов делятся на три группы: заготовительные, штамповочные и отрубные.
Заготовительные ручьи применяют для перераспределения объема материала заготовки (фасонирования). В них металл перемещается в большинстве случаев вдоль длинной оси заготовки. К ним относятся следующие типы ручьев.
Пережимной ручей – служит для местного пережима заготовки, после чего она в таком же положении (без поворота) может укладываться в штамповочный ручей.
Подкатной ручей – для местного набора металла в одних местах заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения в других. Подкатные ручьи бывают открытые и закрытые.
Протяжной ручей – для местного увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения.
Формовочный – для придания заготовке формы поковки в плоскости разъема с незначительным удлинением в осевом направлении.
Гибочный – для изгиба заготовки, незначительного осевого перемещения металла и пережима заготовки в отдельных сечениях.
Площадка для осаживания – служит для осадки заготовок в торец или для расплющивания ее по всей длине.
Штамповочные ручьи применяют для формообразования поковок требуемой конфигурации и размеров. Они включают в себя:
- предварительный ручей для получения формы близкой к окончательной, а также для повышения стойкости окончательного ручья и улучшения условий течения металла;
- окончательный ручей для получения поковки, конфигурация которой соответствует требованиям чертежа и техническим условиям.
Отрубной ручей применяется для отделения готовых поковок от прутка или разделения нескольких поковок отштампованных совместно.
Литая заготовка
Технологическое оборудование литейного производства делится на следующие основные группы, приведенные в табл. 2. 6.
Т а б л и ц а 2. 6
| Группа | Назначение |
| Приготовление формовочных материалов Изготовление форм и стержней Выбивка литейных форм и стержней Очистка отливок Литье в оболочковые формы Литье по выплавляемым моделям Литье под давлением Кокильное литье Центробежное литье |
Оборудование, входящее в первые четыре группы, относится к переделам литья в разовые песчаные формы, а остальные – к специальным способам литья.
Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. Наиболее важная часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели отливки, называется модельным комплектом. Он состоит из моделей отливки и элементов литниковой системы, стержневых ящиков, модельных плит для установки и крепления моделей отливки, сушильных плит и др.
При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и различные приспособления – наполнительные рамки, плиты, штыри, скобы, шаблоны и т.д.
В пояснительной записке достаточно привести схему выбранного способа литья применительно к заданной детали.