Краткие сведения о выборе способов получения заготовок

Одним из этапов разработки технологического процесса является выбор исходной заготовки и способа ее изготовления. В некоторых случаях решение этого вопроса предопределено рабочим чертежом детали. Размеры заготовки определяются по результатам расчета припусков на механическую обработку.

Основными способами получения заготовок является литье, обработка давлением, комбинированные способы. Детали изготовляются также из сортового и фасонного проката. Получают распространение специальные способы получения заготовок.

Оптимальный вариант при выборе заготовки для изготовления конкретной детали определяется тщательным сравнительным технико-экономическим анализом, который необходимо провести для этой детали, изготовляемой из определенного сплава, в определенных условиях производства / 1 /.

Вопросам производства заготовок в машиностроении посвящена специальная научно-техническая литература / 1, 27 и др. /.

Рассмотрим лишь общие краткие сведения о способах получения заготовок, позволяющих добиться снижения себестоимости изготовления деталей машин.

Чтобы приблизительно представить объем металлических отходов, можно привести такой пример. В бывшем СССР ежегодно более 5 млн тонн металла шло в стружку. Одновременно следует заметить, что образование каждой тонны стружки сопровождается расходом электроэнергии 430 кВт и работой металлорежущих станков в течение 140 часов. Это очень большие потери, но они неизбежны, так как современные требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей деталей машин, в основном, обеспечиваются обработкой металлов резанием. Практика машиностроительной технологии красноречиво свидетельствует о том, что только в одном случае из ста металлическая деталь может быть изготовлена без отходов в виде стружки. Неслучайно поэтому коэффициент использования металла в машиностроении невысок и составляет в среднем, примерно, 0,7; он несколько выше в крупносерийном и массовом производстве ( 0,85) и ниже – в единичном ( 0,5 - 0,6 ), / 21 /.

Большие потери металла вызывают необходимость создания технологических процессов, обеспечивающих наибольшее приближение формы и размеров заготовок к готовым деталям, то есть обеспечивающих получение заготовок, поверхности которых не требуют дальнейшей обработки или имеют минимальные припуски на последующую обработку резанием. К таким технологическим процессам отно­сятся:

-   точные специальные виды литья – в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в металлические модели (кокиль), под давлением и ее разновидность – штамповка жидкого металла, центробежное литье;

-   обработка металлов давлением – раз­личные способы прокатки, горячая объемная штамповка и ее разновидности; плоскостная, объемная и комбинированная ка­либровка;

-   листовая штамповка;

-   порошковая металлургия;

-   сварка для получения комбинированных заготовок;

-   штам­повка взрывом, штамповка выдавливанием в разъемных матри­цах, изотермическая штамповка и т. п.

Применение литья в оболочковые формы вместо литья в песча­ные формы повышает коэффициент использования металла до 0,8-0,85, обеспечивает параметр шероховатости поверхности Rz = 20 ... 160 мкм и точность размеров, соответствующих 14-15-му квалитету.

Параметр шероховатости поверхностей, полученных литьем под давлением, Rz = 20 ... 40 мкм, а точность их размеров со­ответствует 12-му квалитету. При тщательной доводке форм точ­ность увеличивается и соответствует 10-11-му квалитету. У таких заготовок, как правило, обработке резанием подвергаются лишь сопрягаемые поверхности.

Применяя в качестве предварительной зубообрабатывающей операции горячее накатывание, при обработке зубчатого венца можно сократить отходы металла до 40 %, повысить производительность обработки.

Деталепрокатные станки, разработанные во Всесоюзном на­учно-иссле-довательском и проектно-конструкторском институте металлургического оборудования (ВНИИМЕТМАШ), могут из­готовлять заготовки различных деталей (валов, осей, зубчатых колес, втулок, сверл) с большой производительностью и с незна­чительными отходами металла (2-3% вместо 27-28%).

Расчеты, проведенные на основе практических данных, по­казывают, что перевод каждого миллиона тонн проката черных металлов с обработки резанием на обработку пластическим де­формированием и сваркой обеспечит экономию металлопроката в 250 тыс.тонн, при этом повышается производительность труда, сокращается 15 тыс. металлорежущих станков и более 20 тыс.рабочих.

Комбинированные сварные заготовки (листосварные, сварно-литые, штампо-ковано-сварные, сварно-комбинированные) позво­ляют значительно сократить трудоемкость изготовления деталей и сборочных единиц. Достаточно отметить, что замена литых дета­лей сварными конструкциями может дать экономию металла до 30 %.

При порошковой металлургии исходное сырье в виде порошка прессуется или формуется в заготовку (или готовую деталь) заданных размеров и подвергается термической обработке (спе­канию). Этот метод обеспечивает такие точность размеров поверхностей и их шероховатость, которые позволяют исключить механическую обработку. Если она все же необходима, то объем ее очень мал. Рассмотренная технология позволяет повысить производительность обработки в десять раз, сократить отходы производства: изготовление десяти тысяч тонн изделий (заготовок, деталей) из железного порошка высвобождает две тысячи рабочих, тысячу металлорежущих станков, экономит 20 тыс.тонн стального проката и сберегает 15 млн рублей. Порошковая металлургия позволяет также получать материалы с уникальными свойствами – жаропрочные, коррозионно-стойкие, с повышенными фрикционными качествами.

В настоящее время проводятся большие работы по изысканию новых методов обработки, направленных на повышение качества металла, поиску новых материалов. Наряду с металлическими сплавами в современном машиностроении большое распространение получили полимерные и композиционные материалы.

В машиностроении достаточно широко используют разнообразные пластмассы, что позволяет экономить черные, цветные и легированные сплавы, приводит к снижению массы машины, сокращению трудоемкости их изготовления. Получают распространение и композиционные материалы (композиты), которые состоят из металлической или неметаллической основы (матрицы) и армирующего упрочнителя, распределение которого задано соответствующим образом. Одними из первых композитных материалов стали железобетон, текстолит и стеклопластик. В практику внедряются все новые и новые армирующие волокна графита (углеродные), бора, сапфира, карбидов и нитридов легких элементов. Прочность соответствующих композитов превышает прочность сталей на целый порядок; они обладают также достаточно большой жесткостью.

Композиты пока еще дороги, но принимаются соответствующие меры по снижению их стоимости. Они используются в авиационной и космической технике, начинают применяться и в других отраслях машиностроения.