Заготовки для деталей машин

Заготовка — это предмет производства, из которого изменением формы, размеров, чистоты поверхностей и свойств материала изготовляют деталь или неразъёмную сборочную единицу.

От правильного выбора заготовки в значительной мере зависят общая трудоёмкость и себестоимость изготовления детали.

Выбрать заготовку — значит установить её рациональную форму и размеры, способ получения, допуски на изготовление, припуски на необрабатываемые поверхности и т.д.

В значительной мере выбор заготовки зависит от типа производства. В поточно-массовом и серийном производстве стремятся приблизить конфигурацию заготовки к готовой детали, увеличить точность размеров и повысить качество поверхностей. При этом резко сокращается объём механической обработки, а коэффициент использования металла достигает 0,7-0,8 и более. В условиях мелкосерийного и единичного производства требования к конфигурации заготовки менее жёсткие, а коэффициент использования металла в лучшем случае равен 0,6.

Способ получения заготовки определяется следующими факторами:

  • — техническими возможностями заготовительных цехов;
  • — величиной программы выпуска и сроками выполнения программы;
  • — конструктивными формами и размерами детали;
  • — технологической характеристикой материала, его физико-механическими и физико-химическими свойствами, способностью термообрабатываться, пластически деформироваться, его литейной способностью и т.д.;
  • — требованиями к точности выполнения размеров и к шероховатости поверхности.

В зависимости от перечисленных выше факторов заготовки деталей машин получают четырьмя основными методами: литьём, обработкой давлением, из проката, комбинированными способами.

Получение заготовок литьём. Отливки из чёрных и цветных металлов можно получать следующими способами литья:

  • 1. Литьём в песчано-глинистые формы.
  • 2. Литьём в оболочковые формы.
  • 3. Литьём в металлические формы.
  • 4. Центробежным литьём.
  • 5. Литьём по выплавляемым моделям.
  • 6. Литьём под давлением.

Точность литых заготовок находится в пределах 4-го - 9-го классов. Она зависит от способа литья, формы и размеров отливки. Самую низкую точность имеют отливки, полученные в песчаных формах, а самую высокую — литьём под давлением.

Литьё в песчано-глинистые формы используют для получения отливок простых форм из стали, чугуна, медных сплавов в условиях единичного, мелкосерийного и реже — серийного производства. Возможен широкий диапазон размеров и массы заготовок. Шероховатость поверхности литых заготовок обычно составляет Rz = 320... 160 мкм. Точность зависит от способа формовки. При ручной формовке песчано-глинистых форм по деревянным моделям или шаблонам обеспечивается точность по 15-му, 16-му квалитету и ниже, а при машинной формовке по деревянным и металлическим моделям — по 14-му квалитету и ниже. Минимальная толщина стенок отливки зависит от её размеров и материала. Для чугунных отливок, имеющих габаритный размер до 250 мм, она составляет 3-5 мм, а для стальных отливок — 5-8 мм.

Литьё в оболочковые формы основано на свойстве термореактивной смоло-песчаной смеси принимать форму подогретой металлической модели с образованием сравнительно тонкой и быстро затвердевающей оболочки. Этим способом изготовляют преимущественно сложные, повышенной точности заготовки из чугуна, стали и цветных сплавов массой до 25-30 кг, а иногда и более крупные отливки — до 100-150 кг. Способ используют, как правило, в крупносерийном и массовом производстве, он позволяет получать стальные литые заготовки с толщиной стенок 3-5 мм, а отливки из алюминиевых сплавов с толщиной стенок — 1-1,5 мм и с литыми отверстиями диаметром от 8 мм и более и глубиной до 20 мм. Допускаемые отклонения на размеры отливок соответствуют 14-му - 12-му квалитетам точности, а шероховатость поверхности —Rz — 160...40 мкм.

Литьё в металлические формы (кокиль) применяется для получения заготовок из чёрных и цветных металлов в серийном и массовом производстве. Масса заготовок колеблется в очень широких пределах: для чугунных заготовок — от 10 г до 10 т, стальных — от 0,5 кг до 4 т, из цветных металлов и сплавов — от 5 кг до 500 кг. Этот вид литья отличается высокими механическими свойствами и равномерным мелкозернистым строением получаемых заготовок. Обеспечивается точность отливок по 12-му - 15-му квалитетам и шероховатость поверхности Иг = 160...80 мкм. Этим способом часто получают отливки, не требующие дальнейшей очистки и обработки, однако к отливкам предъявляются требования формы — они не должны иметь резких переходов по толщине стенок.

Центробежное литьё применяют для изготовления заготовок, имеющих форму тел вращения, массой от 10 кг до 1 т в серийном и массовом производстве. Этим методом можно изготовить биметаллические заготовки как заливкой жидкого металла на твёрдую поверхность, так и последовательной заливкой жидких металлов. Принцип этого метода состоит в том, что жидкий металл заливают в быстровращающуюся форму и он под действием центробежных сил принимает очертания формы и затвердевает. Обеспечивается точность отливок по 12-му - 14-му квалитетам и шероховатость поверхности Rz = 40...20 мкм.

Литьё по выплавляемым моделям (прецизионное) используют для получения весьма точных отливок сложной конфигурации преимущественно в серийном и массовом производстве. Благодаря высокой точности получаемых отливок дальнейшая механическая обработка может быть сведена к минимуму или вовсе исключена. Поэтому этот способ эффективен для сложных фасонных деталей или трудно обрабатываемых резанием материалов, т.е. в тех случаях, когда нежелательна или невозможна дальнейшая механическая обработка. Возможная масса отливок — от 1 г до 500 кг, толщина стенок — от 0,15 мм при длине до 1 м и более, минимально допустимый диаметр литого отверстия — 0,8 мм, возможна отливка резьбы. Обеспечивается точность отливок по 11-му - 13-му квалитетам и шероховатость поверхности Rz = 160... 20 мкм.

Литьё под давлением — высокопроизводительный способ получения точных заготовок сложной формы из цинковых, алюминиевых, магниевых и латунных сплавов, жаропрочных и нержавеющих сталей в крупносерийном и массовом производстве. Могут быть отлиты сложные тонкостенные заготовки с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок, с отверстиями, резьбой и другими элементами. Последующая механическая обработка таких заготовок либо совершенно исключается, либо сводится к выполнению отдельных операций. Этим способом может осуществляться армирование заготовок. Обеспечивается точность отливок по 10-му - 12-му квалитетам и шероховатость поверхности Rz — 80...20 мкм.

Получение заготовок обработкой давлением. К обработке металлов давлением относятся следующие основные виды обработки:

  • 1. Свободная ковка.
  • 2. Горячая и холодная объёмная штамповка.
  • 3. Штамповка на молотах и горизонтально-ковочных машинах.
  • 4. Холодная листовая штамповка.

Свободная ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве для заготовок простой формы весом до 250 т. Ковку ведут на ковочных молотах и гидравлических ковочных прессах. Поковки имеют обычно большие припуски. В мелкосерийном производстве для уменьшения припусков применяют подкладные штампы. Заготовку, полученную свободной ковкой с помощью универсального кузнечного инструмента, помещают в подкладной штамп, где она принимает форму, близкую к форме готовой детали. Обеспечивается шероховатость поверхности до Rz — 360 мкм.

Горячая объёмная штамповка широко используется в крупносерийном и в несколько меньших масштабах в массовом производстве. Этим способом получают заготовки разных форм и размеров из сталей, цветных металлов и сплавов массой до 15 кг. Штамповку выполняют на молотах и прессах в открытых и закрытых штампах. В закрытых штампах обычно штампуют детали, представляющие собой тела вращения — диски, шестерни и т.д. Обеспечивается точность по 12-му - 13-му квалитетам и шероховатость поверхности Rz = 320...80 мкм.

Штамповка па молотах используется в серийном и массовом производстве для заготовок массой до 200 кг. Она осуществляется в подкладных и молотовых штампах. В подкладных штампах изготовляют заготовки простых форм, а в молотовых — более сложные в условиях крупносерийного и массового производства. Обеспечивается точность по 12-му - 13-му квалитетам и шероховатость поверхности Rz = 320...80 мкм.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) используется в серийном и массовом производстве для заготовок массой до 1 5 кг. Она характеризуется высокой производительностью, экономией металла и повышенной точностью получаемых заготовок. На ГКМ используют штампы с разъёмными матрицами и штампуют обычно заготовки для стержней со всевозможными головками и утолщениями, а также для простых и сложных колец. Обеспечивается точность по 12-му - 13-му квалитетах и шероховатость поверхности Rz = 320...80 мкм.

Холодная объёмная штамповка применяется в серийном и массовом производстве. При холодной штамповке (особенно выдавливании) резко сокращается объём механической обработки и отходы металла в стружку. Вследствие механического упрочнения в процессе выдавливания малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей их предел прочности при растяжении и предел текучести значительно повышаются. Холодная объёмная штамповка включает: объёмную штамповку осадкой и выдавливанием, холодную высадку, калибровку, чеканку, выдавливание полостей в массивных заготовках. Объёмная штамповка осадкой позволяет выпускать мелкие рычажки, защёлки и т.п. Процесс холодного выдавливания применяется для получения сплошных или полых цилиндрических заготовок, а также заготовок шестигранных, квадратных и других форм. Холодной высадкой изготовляют крепёжные детали, панели, толкатели.

Холодная листовая штамповка применяется для изготовления плоских пространственных тонкостенных деталей из листового, ленточного, полосового металла или неметаллических материалов. Листовой металл толщиной от 0,15 до 8 мм штампуют в холодном состоянии, а толщиной от 8 до 60 мм — в горячем.

Получение заготовок из проката и другими способами Прокат применяют в тех случаях, когда конфигурация детали соответствует какому-либо виду сортового или фасонного проката. Для деталей типа валов широко используют горячекатаные и калиброванные прутки. В условиях крупносерийного и массового производства с целью приближения формы заготовки к конфигурации деталей типа валов и осей целесообразно применение проката переменного поперечного сечения (периодического проката). Для деталей типа втулок, имеющих внутренние полости, используют горячекатаные бесшовные трубы различной толщины и диаметра. Для плоских призматических заготовок пользуются листовым и полосовым прокатом. Может быть использован также профильный прокат: угловая сталь, швеллеры, балки. При выборе размера проката используют стандарты. Сортовой прокат в качестве заготовок нашёл широкое применение в единичном и мелкосерийном производстве.

Комбинированные заготовки используются для деталей сложной конфигурации. Отдельные части изготовляют штамповкой, отливкой, из проката с последующим соединением этих элементов сваркой или механическими способами. Данный метод применяют при изготовлении крупных коленчатых валов (ковка отдельных элементов с последующей сваркой), рам строительных машин (резка проката с последующей сваркой), корпусов и т.д.

Заготовки из пластмасс используют при изготовлении некрупных деталей, не испытывающих больших механических нагрузок (крыльчаток насосов, шкивов, втулок, ручек). К недостаткам пластмасс относятся низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, невысокая теплостойкость (до 250-300 °С).

Заготовки из металлокерамики используют у фрикционных деталей для обеспечения высокого коэффициента трения (0,26-0,32), например для накладок тормозных колодок. Металлокерамика, получаемая путём прессования порошковой смеси с последующим спеканием, эффективно применяется при изготовлении подшипниковых втулок.

Заготовки для типовых деталей. В качестве типовых деталей машин можно выделить следующие основные типы:

  • 1. Валы.
  • 2. Втулки.
  • 3. Зубчатые колёса.
  • 4. Корпусные детали.

Рассмотрим методы получения заготовок для перечисленных выше типовых деталей.

Заготовки для валов получают, как правило, двумя основными способами:

  • 1. Резкой сортового проката для гладких валов в условиях единичного и мелкосерийного производства.
  • 2. Пластическим деформированием: ковкой, штамповкой, обжатием на ротационно-ковочных машинах, поперечно-винтовой прокаткой (в условиях серийного и массового производства).

Вид пластического деформирования зависит от формы вала.

Заготовки ступенчатых валов со значительным перепадом ступеней (рис. 1.6, а) изготовляют штамповкой в подкладных штампах: в открытых — в условиях серийного производства, в закрытых — в условиях крупносерийного и массового производства. Заготовки валов с фланцами (рис. 1.6, б) штампуют на горизонтально-ковочных машинах.

Заготовки ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют поперечно-винтовой прокаткой (горячей прокаткой на трёхвалковых станах).

Тилы валов

Рис. 1.6. Тилы валов

Заготовки валов со значительным числом ступеней и существенным перепадом диаметров изготовляют ковкой на вертикальных радиально-ковочных машинах (ротационная ковка). Для тяжёлых валов (массой более 1 т) заготовки получают свободной ковкой. Для валов с небольшими перепадами диаметров в единичном и мелкосерийном производстве используют горячекатаный нормальный прокат.

Заготовки корпусных деталей в большинстве случаев выполняют литыми из серого чугуна и значительно реже из стали. Сварные корпуса применяют реже. Отливки получают чаще всего литьём в песчано-глинистые формы.

Заготовки для втулок из сталей, имеющих отверстие диаметром до 25 мм, изготовляют обычно из проката. Для чугунных и бронзовых втулок заготовки получают литьём сразу на несколько деталей. Для втулок с отверстиями диаметром более 25 мм применяют трубы и полые отливки.

Заготовки для зубчатых колёс из сталей диаметром до 70-80 мм, имеющих простую конфигурацию в виде диска, обычно получают из проката. Для более крупных зубчатых колёс и для ответственных передач заготовки изготовляют следующим образом:

  • — свободной ковкой в единичном производстве;
  • — штамповкой в открытых штампах в серийном производстве;
  • — штамповкой в закрытых штампах в крупносерийном производстве.

При штамповке заготовок может быть выполнена прошивка отверстия, если его диаметр более 30 мм при длине не более двух диаметров.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >