Лекция № 9 Проектирование заготовительных цехов

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

Различают три основных вида заготовок:

• машиностроительные профили;

• штучные;

• комбинированные.

Машиностроительные профили изготавливают постоянного сечения (например, круглого, квадратного 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.

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 материала, типа производства и др. факторов.

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-экономической анализ двух этапов производства ­– заготовительного и механообрабатывающего.

Литые заготовки.

Литьем получают заготовки путем заливки жидкого металла в формы 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 зависит от способа литья. Отливки можно изготовить практически из всех материалов и сплавов.

Литье в землю, в песчано-глинистые формы:

Литье в песчаные формы – самый распространенный способ литья. В машиностроении им изготавливают 75…80% отливок (по массе)

• с ручной формовкой, т.е. формовочная смесь уплотняется вручную;

• с машинной формовкой, когда формовочная смесь уплотняется специальными машинами.

По конструкции модели различают:

• литье по деревянным моделям;

• литье по металлическим моделям.

Литье в землю с ручной формовкой по деревянным моделям:

Достоинства:

1. Самый дешевый вид литья;

2. Самый универсальный, с точки зрения массы заготовки, литейного сплава.

Недостатки:

1. Самая низкая точность;

2. Высокие параметры шероховатости;

3. Структура отливки может иметь внутренние дефекты

4. Большие припуски на обработку.

Область применения единичное, мелкосерийное производство, а также производство наиболее крупных, уникальных по массе и габаритам заготовок.

Литье в землю с машинной формовкой по металлическим моделям:

Достоинства:

1. Универсальный, с точки зрения использования литейного сплава;

2. Масса заготовок ограничена;

3. Качество поверхности заготовок повышается, точность размеров повышается на 1-2 квалитета, шероховатость R_z =160 мкм

Литье в кокиль, т.е. в металлические формы:

Достоинства:

1. Универсальный, с точки зрения использования литейного сплава;

2. Повышается точность заготовки;

3. Повышается шероховатость R_z =80 мкм.

Недостатки:

1. Ограничена по массе (до 2000 кг);

2. При отливке чугуна и стали происходит быстрый износ металлической формы;

3. Сложные по конструкции заготовки в кокиль не отливаются;

4. При отливке серого чугуна возможен отбел поверхностного слоя, твердость поверхностного слоя больше 220 НВ.

Литье центробежное выполняется на специальных центробежных машинах, жидкий металл заливают во вращающуюся форму (изложницу), которая вращается до окончания вращения. Центробежные силы создают давление, полость формы плотно заполняется металлом, получается заготовка высокого качества. Применяется для изготовления заготовок класса тел вращения (барабанов, втулок).

Недостатки:

1. Требуется специальное оборудование;

2. неточность размеров и низкое качество внутренней полости отливки;

3. трудность получения отливок из сплавов, склонных к ликвации;

4. возможность возникновения продольных и поперечных трещин за счет высоких центробежных сил и затрудненной усадки отливки.

Литье под давлением выполняется на специальных установках. Жидкий металл заливается и затвердевает под давлением, заготовки имеют более плотную структуру, повышается точность и качество поверхности. Точность поверхности 10…9 квалитета, шероховатость поверхности соответствует R_z =40…20 мкм.

Недостатки:

1. Ограничение по массе (до 100 кг);

2. Ограничение по материалу и форме отливок (цветные сплавы на основе марганца, алюминия, цинка, меди).

3. Сложность и длительность изготовления пресс-формы, ее высокая стоимость и небольшая стойкость, особенно при изготовлении отливок из сплавов с высокой температурой плавления

Литье в оболочковые формы состоит в том, что изготавливают две полуформы толщиной 6…20 мм из формовочной смеси, состоящей из песка и фенолформальдегидных смол в качестве связки.. Песчано-смоляная формовочная смесь содержит мелкозернистый песок и обладает высокой подвижностью. Это позволяет получать более высокую точность отпечатка и меньшую высоту микронеровностей поверхности отливки. Достигается точность размеров, соответствующая 12-му квалитету, параметр шероховатости поверхности R_z =20…10 мкм.

Недостатки:

1. высокая стоимость связующего вещества;

2. формовка производится с помощью с дорогостоящей модельной оснасткой;

3. изготавливаются отливки мелких и средних размеров.

Далее металл застывает и форму разрушают.

Достоинства:

1. Высокая точность поверхности;

2. Нет ограничения по материалу;

3. Ограничения по массе до 200 кг.

Литье по выплавляемым моделям применяется для изготовления сложных и точных отливок из различных сплавов. Для каждой модели изготавливается разовая модель с элементами литниковой системы из легкоплавкого модельного сплава (на основе парафина, стеарина и др. материалов). Формовочная смесь в виде жидкой суспензии наносится в несколько слоев (до 12) с сушкой каждого слоя на воздухе в течении 2…4 ч. Полученная форма не имеет разъемов, что обеспечивает высокую точность размеров (до 11 квалитета) и взаимного расположения поверхностей.

Достоинства:

1. Позволяет получить заготовки самой сложной конфигурации;

2. Заготовки получаются высокой точности;

3. Неограниченно применение материалов.

Недостаток:

Самый сложный, длительный и трудоемкий способ литья.

Литье по выплавляемым моделям экономически наиболее выгодно изготавливать мелкие, но сложные по конфигурации заготовки, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров и шероховатости поверхности или которые собираются (свариваются) из двух и более элементов. Таким способом отливают детали из высоколегированных, жаропрочных сплавов, плохо обрабатываемых резанием или обладающих низкими литейными свойствами.

Как правило повышение точности заготовки, качества поверхности позволяет с одной стороны:

1. Уменьшить объем механической обработки;

2. Повысить стоимость заготовки;

3. Повышение точности литья уменьшает затраты на материал:

   • литье в землю в 1 раз;

   • литье в кокиль в 5 раз;

   • литье под давлением в 10 раз;

   • литье по выплавляемым моделям в 20 раз.

Применяемый метод литья требует техноко-экономического обоснования.