/
Author: Руденко П.А. Харламов Ю.А. Плескач В.М.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения общая технология машиностроения обработка металлов машиностроение металлорежущие станки издательство высшая школа
ISBN: 5-11-001909-6
Year: 1991
Text
П. А. РУДЕНКО, Ю. А.ХАРЛАМОВ; В. М. ПЛЕСКАМ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ПРОИЗВОДСТВО
-----ЗАГОТОВОК
е МАШИНО-
—СТРОЕНИИ
П. А. РУДЕНКО
Ю. А. ХАРЛАМОВ
В. М.ПЛЕСКАЧ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ПРОИЗВОДСТВО
ЗАГОТОВОК
в МАШИНО-
СТРОЕНИИ
Под общей редакцией
В. М. Плескача
Допущено Министерством высшего
и среднего специального образования УССР
в качестве учебного пособия для студентов
вузов, обучающихся по специальности
«Технология машиностроения»
Киев
«Выща школа»
1991
ББК 34.51Я73
Р83
УДК 621(07)
Рецензенты: д-р техн, наук, проф. А. М. Дальский (МВТУ
им. Н. Э. Баумана); д-р техн, наук, проф. А( В. Якимов (Одесский политех-
нический институт)
Редакция литературу по машиностроению
Редактор Е. В. Алексейчик*.
Руденко П. А. и др.
Р83 Проектирование и производство заготовок в машиностро-
ении: Учеб, пособие / П. А. Руденко, Ю. А. Харламов,
В. М. Плескач; Под общ. ред. В. М. Плескача.— К.: Выща шк.,
1991.—247 с.: ил.
ISBN 5-11-001909-6
Рассмотрены способы выбора, проектирования и производства загото-
вок, получаемых различными методами литья, ковки, штамповки, сварки,
порошковой металлургии. Описаны технологическая оснастка и основные
принципы выбора оборудования, применяемого при производстве заготовок
в различных типах производства. Уделено внимание проектированию заго-
товок с помощью ЭВМ, вопросам механизации и автоматизации производ-
ства заготовок, малоотходной и ресурсосберегающей технологии.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология
машиностроения».
2704010000—235
Р-----------------11*2—91
М211(04)—91
ISBN 5-11-001909-6.
ББК 34.51я73
© П. А. Руденко, Ю. А. Харламов,
В. М. Плескач, 1991
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Уровень развития машиностроения — один из самых значимых
факторов технического прогресса, так как коренные преобразова-
ния в любой сфере производства возможны лишь в результате
создания более совершенных машин и разработки принципиально
новых технологий. Развитие и совершенствование технологии про-
изводства сегодня тесно связаны с автоматизацией, созданием
робототехнических комплексов, широким использованием вычисли-
тельной техники, применением оборудования с числовым программ-
ным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются
автоматизированные производства, становятся возможными опти-
мизация технологических процессов, создание гибких автоматизи-
рованных комплексов.
Изготовление заготовок — один из основных этапов машино-
строительного производства, непосредственно влияющий на расход
материалов, качество изделий, трудоемкость их изготовления и
себестоимость. Разрабатывая технологию изготовления машин и
приборов, обеспечивая на практике их высокое качество и надеж-
ность с учетом экономических показателей, инженер-технолог дол-
жен хорошо владеть методами проектирования и производства за-
готовок.
Производство машин, приборов, аппаратов и других изделий
машиностроения состоит из таких этапов: а) получение заготовок;
б) обработка заготовок; в) сборка сборочных единиц; г) общая
сборка изделий; д) контроль, регулировка и испытание изделий;
е) комплектация и упаковка изделий.
Изготовление машин всегда начинается с производства загото-
вок. Заготовки, в зависимости от их вида и типа производства,
3
получают в заготовительных цехах — литейных, кузнечных, штам-
повочных и др. Вопросам проектирования и производства загото-
вок и посвящен настоящий курс «Проектирование и производство
заготовок», предметом которого- являются современные методы кон-
струирования и изготовления заготовок. Этот курс, являющийся
логическим продолжением курса «Технологические процессы ма-
шиностроительного производства», предполагает знание студентом
машиностроительного черчения, физики, материаловедения, взаимо-
заменяемости, стандартизации и технических измерений.
Внимание! В связи с введением с 02.04.91 новых цен приведен-
ные экономические расчеты и примеры являются условными.
1. ТИПЫ И ФОРМЫ ПРОИЗВОДСТВА И МЕТОДЫ
ОРГАНИЗАЦИИ ЕГО ПОДГОТОВКИ
1.1. ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА
В машиностроительном производстве различают три основных
типа: массовое, серийное и единичное. Принадлежность производ-
ства к тому или иному типу определяется степенью специализации
рабочих мест, номенклатурой объектов производства, формой дви-
жения этих объектов по рабочим местам.
Степень специализации рабочих мест характеризуется коэффи-
циентом закрепления операций, под которым понимают количество
различных операций, выполняемых на одном рабочем месте в те-
чение месяца:
Лз.о = О/Р, (1.1)
где О — число различных операций, выполняемых на рабочих мес-
тах участка или цеха в течение месяца; Р — количество рабочих
мест на участке или в цехе.
Если за рабочим местом, независимо от его загрузки, закреплена
только одна операция, то К3.о — 1, что соответствует массовому
производству. При 1 <. Кз. о <. Ю производство является крупно-
серийным, при 10</Сз.о<20 — среднесерийным, при 20 <
< Кз.о <40 — мелкосерийным, при К3.о >40 — единичным.
Пример. На участке из 15 рабочих мест в течение месяца на 1, 2, 3, 7, 10,
и 13-м рабочих местах выполнялось по одной операции; на 4, 5 и 12-м — по две;
на 6, 8, 9 и 11-м — по три и на 14-м и 15-м — по четыре. Отсюда
1-6 + 2-3, + 3-44-4-2 -
Л з.о —--------~----------- = 2,1.
15
Следовательно, производство на участке крупносерийное.
Массовое производство характеризуется непрерывным изготов-
лением ограниченной номенклатуры изделий на узкоспециализиро-
ванных рабочих местах. Изделие — это продукт конечной ста-
дии производства. Массовое производство позволяет механизиро-
вать и автоматизировать технологический процесс в целом и
организовать его более экономично.
5
1.1. Технические характеристики различных типов производства заготовок
Характерный признак Производство
единичное серийное массовое
Повторяемость партий (серий) Отсутствует Периодическая Непрерывный выпуск од- них и тех же заготовок
Технологиче- ское оборудо- вание Универсальное Универсальное, частично специ- ализированное и специальное Широкое использование специального оборудо- вания и автоматических линий
Приспособления Преимущест- венно уни- версальные Специальные, пе- реналаживаемые Специальные, часто ор- ганически связанные с оборудованием
Инструмент Преимущест- венно универ- сальный Универсальный и специальный Преимущественно специ- альный
Квалификация рабочих Высокая Различная Низкая (при наличии высококвалифицирован- ных наладчиков)
Себестоимость готовой дета- Высокая Средняя Самая низкая
ли
Серийное производство характеризуется изготовлением ограни-
ченной номенклатуры изделий партиями (сериями), повторяющи-
мися через определенные промежутки времени, к широкой специа-
лизацией рабочих мест. Разделение серийного производства на
крупно-, средне- и мелкосерийное условно, т. к. в различных отрас-
лях машиностроения при одном и том же количестве выпускаемых
изделий в серии, но при существенном различии их размеров, слож-
ности и трудоемкости производство может быть отнесено к разным
типам. По уровню механизации и автоматизации крупносерийное
производство приближается к массовому, а мелкосерийное —
к единичному.
Единичное производство отличается изготовлением в единичных
количествах широкой номенклатуры неповторяющихся или повто-
ряющихся через неопределенные промежутки времени изделий на
рабочих местах, не имеющих определенной специализации (кроме
профессиональной). В единичном производстве значительный про-
цент технологических операций выполняют вручную.
Технические характеристики различных типов производств за-
готовок по основным признакам представлены в табл. 1.1. Повы-
шение степени специализации рабочих мест, непрерывное и прямо-
точное движение по ним объектов производства, т. е. переход от
единичного к серийному и от серийного к массовому производству,
6
позволяет шире применять специальное оборудование и технологи-
ческое оснащение, прогрессивные технологические процессы, пере-
довые методы организации труда и в конечном итоге — повышать
производительность труда, снижать себестоимость продукции, по-
вышать ее качество.
1.2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ
Согласно ГОСТ 14.004—83 совокупность всех действий людей
и орудий производства, необходимых на данном производстве для
изготовления или ремонта выпускаемых изделий, называется про-
изводственным процессом. При осуществлении производственного
процесса материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую
продукцию, соответствующую своему' служебному назначению.
Производственный процесс охватывает: подготовку средств про-
изводства и обслуживание рабочих мест; получение и хранение
материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления деталей
машин; транспортировку материалов, заготовок, деталей, частей и
готовых изделий, сборку частей и изделий; технический контроль,
испытания и аттестацию продукции на всех стадиях производства;
разборку сборочных единиц и изделий (при необходимости); изго-
товление тары; упаковку готовой продукции и другие действия,
связанные- с изготовлением выпускаемых изделий. Производствен-
ный процесс осуществляется в пространстве и времени при взаимо-
действии объектов производства с орудиями производства.
Территория, необходимая для осуществления производственного
процесса, называется производственной площадью. Календарное
время, необходимое для осуществления периодически повторяю-
щегося производственного процесса, называется производственным
циклом.
По ГОСТ 3.1109—82 часть производственного процесса, содер-
жащая целенаправленные действия по изменению состояния пред-
мета труда, называется технологическим процессом. При осущест-
влении технологического процесса происходит последовательное
изменение формы, размеров, свойств материала или полуфабри-
ката в целях получения изделия, соответствующего заданным тех-
ническим требованиям. Технологический процесс имеет свою струк-
туру и осуществляется на рабочих местах.
Технологическая операция — законченная часть технологическо-
го процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватываю-
щая все последовательные действия рабочего (или группы рабо-
чих) и оборудования по изготовлению заготовки или ее обработке
(одной или нескольких одновременно). Часть производственной
площади цеха, на которой размещены один или несколько исполни-
телей работы и обслуживаемая ими единица оборудования или
7
часть конвейера, а также оснастка и предметы производства, на-
зывается рабочим местом. Современное производство изделий ма-
шиностроения немыслимо без технологического оборудования и
оснастки.
Технологическое оборудование — это орудия производства, в ко-
торых для выполнения определенной части технологического про-
цесса размещаются материалы или заготовки, средства воздейст-
вия на них и источники энергии. Примером технологического
оборудования являются литейные машины, прессы, станки, печи,
гальванические ванны, моечные и сортировочные машины, испы-
тательные стенды, разметочные плиты и т. д. Технологическая ос-
настка— это орудия производства, используемые совместно с тех-
нологическим оборудованием и добавляемые к ним для выполнения
определенной части технологического процесса. Примерами техно-
логической оснастки являются инструмент, штампы, приспособле-
ния, пресс-формы, калибры, модели, литейные формы, стержневые
ящики и т. д.
Запуск изделий в производство может осуществляться непре-
рывно (в течение длительного времени) и разово (единичные
экземпляры и партии). Группа заготовок одного наименования и
типоразмера, запускаемая в производство одновременно или не-
прерывно в течение определенного интервала времени, называется
производственной партией. Технологические процессы в массовом
и крупносерийном производствах характеризуются тактом выпуска.
Такт выпуска — это интервал времени, через который периодически
производится выпуск заготовки или изделия определенного наиме-
нования, типоразмера и исполнения. Понятие «такт выпуска» ши-
роко применяется при массовом и крупносерийном производстве
заготовок, где имеет место высокий уровень механизации и авто-
матизации производства (специальное оборудование, конвейеры
и пр.). Если заготовка на данном предприятии является конечным
продуктом производства (например, на сталелитейном заводе), то
в этом случае она является изделием данного завода.
1.3. ПРИНЦИПЫ, ФОРМЫ И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА
От правильной организации производственного процесса зави-
сят результаты производственно-хозяйственной деятельности пред-
приятия, экономические показатели его работы: себестоимость про-
дукции, прибыль и рентабельность производства. Основным прин-
ципом рациональной организации производственного процесса
является специализация.
Специализация — одна из форм разделения труда, заключаю-
щаяся в том, что предприятие в целом и его отдельные подразде-
8
ления изготовляют продукцию ограниченной номенклатуры. Сокра-
щение номенклатуры изготовляемой продукций на каждом рабочем
месте, участке, в цехе и на заводе приводит к увеличению выпуска
одноименной продукции, к улучшению экономических показателей
за счет использования специального и более производительного
оборудования, повышения степени механизации и автоматизации
всех процессов, приобретения рабочими навыков в работе, улуч-
шения организации труда, организации поточного производства
и т. д. Уменьшению номенклатуры выпускаемой продукции спо-
собствуют стандартизация, нормализация и унификация изделий и
их составных частей.
Применительно к заготовительному производству принцип спе-
циализации легко прослеживается на фоне различных типов про-
изводства. Так, в условиях единичного производства в структуре
машиностроительного завода чаще всего предусматривается один
литейный цех, в котором в различных отделениях на разнообраз-
ном оборудовании получают заготовки из чугуна, стали и цветных
сплавов. В условиях серийного и массового производства в струк-
туре завода могут быть отдельные самостоятельные цехи: стале-
литейный, чугунолитейный, цветного литья. Большая концентра-
ция производства однотипных заготовок приводит к созданию
заводов, специализирующихся на выпуске заготовок из определен-
ных материалов, определенной весовой категории, сложности и
других признаков. Поэтому в нашей стране существуют заводы
сталелитейные, чугунолитейные, кузнечно-штамповочные и пр. Для
машиностроения США, например, характерно то обстоятельство^
что еще в 50-х годах текущего столетия заготовительное производ-
ство в основном отделилось от механосборочного. Соблюдение
принципа специализации существенно влияет на формы и методы
организации технологических процессов.
Формы и методы организации технологических процессов зави-
сят от установленного порядка выполнения операций, расположе-
ния технологического оборудования, количества изделий и направ-
ления их движения при изготовлении. Существуют две формы ор-
ганизации технологических процессов: групповая и поточная.
Основа групповой формы организации производства — группи-
рование изготовляемых заготовок по однородным конструктивно-
технологическим признакам. Она характеризуется единством
средств технологического оснащения и специализацией рабочих
мест.
Поточная форма характеризуется специализацией каждого ра-
бочего места, согласованным и ритмичным выполнением всех опе-
раций технологического процесса на основе такта выпуска, разме-
щением рабочих мест в последовательности, соответствующей по-
следовательности выполнения технологических операций.
9
Поточная форма производства реализуется в виде поточной ли-
нии. Поточные линии, на которых заготовки изготовляются пооче-
редно, партиями, называются переменно-поточными. Они характер-
ны для серийного производства и применяются при изготовлении
конструктивно близких заготовок с соответствующими переналад-
ками оборудования и оснастки. Если на поточной линии все процес-
сы автоматизированы, то поточная линия называется автомати-
ческой.
1.4. ПОНЯТИЕ О ЕДИНОЙ СИСТЕМЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
В начале семидесятых годов текущего столетия в' нашей стране
была создана Единая система технологической подготовки произ-
водства (ЕСТПП). ЕСТПП — установленная государственными
стандартами система организации и управления технологической
подготовкой производства, предусматривающая широкое примене-
ние прогрессивных типовых технологических процессов, стандарт-
ной технологической оснастки и. оборудования, средств механиза-
ции и автоматизации производственных процессов, инженерно-тех-
нических и управленческих работ.
Технологическая подготовка производства (ТПП) должна обес-
печить полную технологическую готовность предприятия произво-
дить изделия высшей категории качества в соответствии с заданны-
ми технико-экономическими показателями, т. е. ,при минимальных
трудовых и материальных затратах. Под полной технологиче-
ской готовностью понимают наличие на предприятии полного
комплекта технологической документации и средств технологиче-
ского оснащения, обеспечивающих производство изделий. ТПП
включает решение многих задач, которые могут быть сгруппиро-
ваны по следующим основным функциям: обеспечение технологич-
ности конструкции изделия; разработка технологических процессов;
проектирование и изготовление средств технологического оснаще-
ния; организация и управление ТПП.
Одно из видных мест в ЕСТПП занимает проектирование за-
готовок и технологических процессов их получения.
1.5. НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Основное назначение заготовительного производства состоит в
обеспечении механических цехов высококачественными заготов-
ками.
В машиностроении используют заготовки, получаемые литьем,
обработкой давлением, сваркой, а также из пластмасс и порошко-
вых материалов (табл. 1.2). Современное заготовительное цроиз-
10
1.2. Примерная структура производства заготовок в машиностроении
Вид заготовок Доля заготовок, % Вид заготовок Доля заготовок, %
Сварные конструкции 50,0 Поковки: 8,2 2,1
Отливки в том числе из: чугуна 39,65 28,28 штампованные из слитков Изделия из металлических
стали цветных металлов 9,3 2,07 порошков 0,05
водство располагает возможностью формировать заготовки самой
сложной конфигурации и самых различных размеров и точности.
В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных ра-
бот в машиностроении составляет 40...45 % общей трудоемкости
производства машин. Главная тенденция в развитии заготовитель-
ного производства состоит в снижении трудоемкости механической
обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точ-
ности их формы и размеров.
Контрольные вопросы
1. Какие существуют типы производства? Перечислите их основные признаки.
2. Что понимают под производственным и технологическим процессами?
3. Что понимают под технологическим оборудованием и оснасткой?
4. Какие существуют формы организации технологических процессов?
5. Дайте определение ЕСТПП и охарактеризуйте ее назначение.
6. Каковы назначение и тенденция развития заготовительного производства?
7. Какие заготовки используют в машиностроении?
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЗАГОТОВКАХ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
2.1. ЗАГОТОВКА, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109—82, называется предмет тру-
да, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности
и (или) материала изготавливают деталь.
Различают три основных вида заготовок: машиностроительные
профили, штучные и комбинированные. Машиностроительные про-
фили 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
11
простых элементов. В этом случае можно снизить массу заготовки,
а для более нагруженных элементов использовать наиболее под-
ходящие материалы.
Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точ-
ностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.
Формы и размеры заготовки в значительной степени определя-
ют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки.
Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влия-
ющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно
обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пре-
делах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а так-
же состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок,
слой окалины на поковках) могут существенно влиять на после-
дующую 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.
2.2. ПРИПУСКИ, НАПУСКИ И РАЗМЕРЫ
Припуск на механическую обработку — это слой металла, уда-
ляемый 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 заго-
товки.
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. При-
пуск измеряется по нормали к рассматриваемой поверхностиОбщий
припуск равен сумме операционных.
Размер припуска существенно влияет на себестоимость изго-
товления детали. Завышенный припуёк увеличивает затраты труда,
расход материала, режущего инструмента и электроэнергии. За-
ниженный припуск требует применения более дорогостоящих спо-
собов получения заготовки, усложняет установку заготовки на
станке, требует более высокой квалификации рабочего. Кроме того,
он часто является причиной появления брака при механической
12
Рие. 2.1. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а), пробки (б) и
вала (в):
Лзап Я8аг> 5заг» ^заг» ^'заг* п"заг ~ исходные размеры заготовки; Лдет, Бдет, Вдвт, 0'двт1
— размеры готовой детали; Dit Da, D'u D"x — операционные размеры заготовки
обработке. Поэтому назначаемый припуск должен быть оптималь-
ным для данных условий производства.
Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и кон-
фигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки при
ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя и дру-
гих 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 поверх-
ностный слой.
Оптимальный припуск может быть определен расчетно-аналити-
ческим 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 операцион-
ного припуска часто приходится удалять напуск.
Напуск — это избыток металла на поверхности заготовки (сверх
припуска), обусловленный технологическими требованиями упро-
стить конфигурацию заготовки для облегчения условий ее получе-
ния. В большинстве случаев напуск удаляется механической обра-
боткой, реже остается в изделии (штамповочные уклоны, увеличен-
ные радиусы закруглений и др.). 4
В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее раз-
меры приобретают ряд промежуточных значений, которые называ-
ются 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.
2.3. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Роль конструкционного материала в технологическом процессе
изготовления деталей машин чрезвычайно велика. С одной сторо-
ны, конструкционный материал должен обеспечить изготовление
заготовок и деталей с наименьшими производственными затратами.
Удельный вес стоимости материалов в себестоимости машино-
строительной продукции сравнительно высок (например, в станко-
строении он составляет 60 % общей стоимости, при изготовлении
локомотивов и вагонов — 70...75 %) и имеет тенденцию к увеличе-
нию. С другой стороны, правильный выбор конструкционного ма-
териала должен обеспечить детали ее высокие эксплуатационные
свойства, ее долговечность и ремонтопригодность.
14
При выборе конструкционного материала необходимо учитывать
его эксплуатационные, технологические и экономические свойства.
Эксплуатационные свойства материала должны обеспечить де-
тали надежное выполнение своих функций. С этой точки зрения
его выбор производится на основании расчетов, экспериментов или
опыта эксплуатации аналогичных деталей. Данные по выбору ма-
рок материалов для изготовления деталей, работающих в опреде-
ленных условиях, обычно приводятся в справочниках.
Технологические свойства (жидкотекучесть, способность к пла-
стической деформации, свариваемость) — важный фактор, опре-
деляющий возможность и эффективность обработки данного ма-
териала выбранным технологическим методом. Проектируя деталь,
конструктор должен с самого начала представлять, как ее будут
изготовлять, начиная от получения заготовки и кончая финишной
обработкой.
Технологические свойства материала могут заранее определить
последующую технологию изготовления заготовок. Например, если
станина станка изготавливается из серого чугуна, то заготовку
можно получить только литьем. Чугун нельзя обрабатывать дав-
лением. Он практически не сваривается (по крайней мере, при
создании новых конструкций) и почти не допускает ремонта на-
плавкой. Литые заготовки станин требуют дополнительной обра-
ботки (естественное старение, низкотемпературный отжиг и др.)
для стабилизации формы и размеров.
Экономическая эффективность используемого конструкционного
материала может быть оценена его стоимостью и дефицитностью.
Экономическая эффективность конструкционного материала не
должна сводиться к его низкой стоимости. На выбор материала
существенно влияет экономичность методов изготовления загото-
вок и их последующей обработки, что определяется технологиче-
скими свойствами данного материала. Кроме того, при современной
тенденции все шире использовать более качественные и, следова-
тельно, более дорогие материалы, необходимо учитывать, как их
применение скажется на снижении массы и себестоимости детали
в целом, на увеличении ее срока службы и ремонтопригодности.
2.4. КАЧЕСТВО ЗАГОТОВОК
Качество промышленной продукции — это совокупность свойств,
обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные по-
требности в соответствии с ее назначением. Одними из важнейших
показателей качества машин являются:
1) эксплуатационные, которые определяют технический уровень
машины (ее совершенство), ее надежность, эстетические и другие
характеристики;
15
2) производственно-технологические, которые характеризуют
главным образом технологичность конструкции машины и ее эле-
ментов;
3) экономические, которые характеризуют себестоимость изго-
товления, эксплуатации и ремонта машины.
Качество заготовки в большинстве случаев оценивается ее точ-
ностью и качеством поверхностного слоя.
2. 4.1. Точность заготовок
Под точностью заготовки понимается ее соответствие требова-
ниям чертежа и технических условий на ее изготовление. Откло-
нение реальной заготовки от требований чертежа (или эталона)
называется погрешностью. Погрешности неизбежны на всех этапах
изготовления заготовки, поэтому изготовить абсолютно точную за-
готовку практически невозможно.
Точность заготовок характеризуется как геометрическими (от-
клонения формы и размеров), так и физико-механическими свой-
ствами (например, прочность, твердость, упругость, электропро-
водность и др.). Первая группа показателей изучалась в курсе
«Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения».
Вторая группа обеспечивается правильным выбором материала и
стабильностью технологии изготовления заготовок.
Для каждого метода изготовления заготовок различают дости-
жимую и экономическую точность. Точность, которая может быть
достигнута при данном типе производства высококвалифицирован-
ным рабочим в наиболее благоприятных условиях, называется
достижимой. Экономическая точность достигается при данном тех-
нологическом методе в нормальных условиях производства. При
проектировании технологических процессов технолог должен ори-
ентироваться на среднеэкономическую точность, которая оговари-
вается в справочной литературе [31].
2. 4.2. Качество поверхностного слоя заготовок
Качество поверхностного слоя заготовок — это совокупность
всех служебных свойств поверхностного слоя материала как ре-
зультат воздействия на него одного или нескольких последователь-
но применяемых технологических процессов. Поверхностный слой
заготовки качественно отличается от материала сердцевины заго-
товки.
Качество поверхностного слоя характеризуют две группы пара-
метров: геометрические (волнистость, шероховатость, субмикро-
неровности) и физико-механические (химический состав; микро-
16
структура; микротвердость; величина, знак и глубина распростра-
нения остаточных напряжений и т. п.).
Качество поверхностного слоя определяется свойствами мате-
риала и технологией изготовления заготовки. Например, после
горячей штамповки на поверхности заготовки будет окалина. Ше-
роховатость поверхности заготовки, полученной холодной штам-
повкой, значительно ниже, чем заготовки, полученной горячей
штамповкой, но ее поверхностный слой имеет наклеп. Если заго-
товка подверглась химико-термической обработке, ее поверхност-
ный слой имеет иной химический состав и структуру, чем основа.
Геометрические параметры качества поверхностного слоя и
точность заготовки в определенном смысле взаимосвязаны. Напри-
мер, если заготовку получают литьем в песчаные формы; то микро-
и макронеровности не позволяют получить высокую точность раз-
меров. Выбирая вид заготовки и технологию ее производства,
необходимо знать точность и качество поверхностного слоя заготов-
ки, которые при этом могут быть получены.
2.5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЗАГОТОВОК
2.5.1. Основные понятия технологичности
Технологичностъ конструкции изделия, согласно ГОСТ 14.205—
83, представляет собой совокупность свойств конструкции, опреде-
ляющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат
при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показа-
телей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Отработка на технологичность обязательна на всех стадиях созда-
ния изделий.
Вопросы технологичности должны решаться комплексно, начи-
ная со стадии проектирования заготовки и выбора метода ее изго-
товления и кончая процессом механической обработки и сборки
всего изделия. Отработанная на технологичность заготовка не
должна усложнять последующую механическую обработку. Техно-
логичность, как правило, закладывается на стадии проектирования,
поэтому от конструктора требуется высокий уровень технологиче-
ской подготовки.
Технологичность — понятие относительное. Одна конструкция
заготовки может быть технологична при данном типе производства
и совершенно нетехнологична при другом.ДёЖологичность зависит
также от производственных возможностей данного предприятия
(завода). Развитие производственной базы предприятия (напри-
мер, внедрение станков с ЧПУ, автоматизированного "оборудова-
ния) изменяет требования к технологичности.
17
Порядок и правила обеспечения технологичности устанавлива-
ются государственными стандартами. Современные тенденции со-
стоят в том, что отработка конструкции на технологичность все
в большей степени смещается на стадию разработки конструктор-
ской документации. Это требует делового и творческого сотрудни-
чества конструкторов и технологов как при выборе вида заготов-
ки, так и при разработке технологии ее последующей обработки.
2.5.2. Показатели технологичности
Показатели технологичности различают двух видов: качест-
венные и количественные.
Качественную оценку («хорошо — плохо», «допустимо — недо-
пустимо») получают путем сравнения двух и более вариантов за-
готовок. Критерием в этом случае являются справочные данные и
опыт технолога и конструктора. Обычно такая оценка производит-
ся на стадии эскизного проектирования и всегда предшествует
количественной оценке.
Количественные показатели дают возможность объективно и
достаточно точно оценить технологичность сравниваемых кон-
струкций. Выбор показателей зависит от назначения детали (за-
готовки), типа производства и условий эксплуатации. Для каждой
детали выбирают свои, наиболее характерные показатели. При-
менительно к заготовкам чаще всего в качестве показателей тех-
нологичности используют трудоемкость изготовления, технологиче-
скую себестоимость и коэффициент использования металла.
Трудоемкость изготовления заготовки представляет собой сум-
марные затраты времени на производство заготовки по всем техно-
логическим операциям. Составляющие нормы времени на выпол-
нение работ по отдельным операциям приводятся в соответствую-
щих справочниках.
На ранних стадиях проектирования применяют приближенные
методы оценки трудоемкости. Например, «весовым методом» трудо-
емкость оценивается по трудоемкости типовой заготовки, анало-
гичной по форме, точности и технологии изготовления:
з___________
Упр =Г 7\ипУ (Gnp/Стип) 2, (2.1 )
где Тпр, Гтип — трудоемкость соответственно проектируемой и ти-
повой заготовок; Gnp, ОТИп — масса соответственно проектируемой
и типовой заготовок.
Для оценки технологичности используют также отношение
трудоемкости механической обработки к трудоемкости получения
заготовки Гмех/Т’заг- Чем меньше это отношение, тем технологичнее
заготовка (уменьшается объём механической обработки). Отцоше-
18
ние Тмех/Тзаг зависит также от типа производства (для единичного
производства оно максимально).
Технологическая себестоимость изготовления применяется для
выбора наилучшего варианта заготовки в условиях одного способа
производства (цеха, завода). В общем виде для одной детали она
состоит из следующих элементов:
Ст.д = М + 3 Ии.о Соб, (2'2)
где М — стоимость расходуемых основных материалов, p./шт.; 3" —
заработная плата производственных рабочих, p./шт.; Ии.о— возме-
щение износа оснастки, p./шт.; СОб — расходы, связанные с содер-
жанием и эксплуатацией оборудования за время изготовления од-
ной детали, р./шт.
Все элементы себестоимости взаимосвязаны. Например, изме-
нение вида заготовки вызывает изменение затрат на механическую
обработку. Изменение конструкционного материала может вызвать
изменение номенклатуры технологического оборудования. Из
сравниваемых вариантов выбирают тот, для которого технологичес-
кая себестоимость минимальна независимо от отдельных состав-
ляющих.
Коэффициент использования металла — это безразмерная вели-
чина, определяемая отношением массы изделия к массе израсхо-
дованного металла:
Кя.м == Сд/Gp, (2-3)
где Од — масса готовой детали; Gp— масса всего израсходованно-
го металла, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т. п.
Различают коэффициент Кв.г выхода металла, годного в заго-
товительных цехах, и коэффициент весовой точности Кз.т'.
Кв.г = G3/Gp, (2.4)
где G3 — масса заготовки;
Хв.т = Сд/0з. (2.5)
При прочих равных условиях более выгодны высокие значения
Кя.м. Для оценки влияния технологичности заготовки на коэффи-
циент использования металла необходимо помнить, что
Ки.м = Кз;гКв:т- (2-6)
2.5.3. Обеспечение технологичности заготовок
на стадии проектирования
Задача обеспечения технологичности заготовок должна решать-
ся с учетом взаимодействия всех служб завода (конструкторы,
технологи, работники технического снабжения и т. д.) и конкрет-
19
Рис. 2.2. Шпилька, из-
готовленная обработ-
кой резанием (а) и на-
катыванием (б)
Рис. 2.3. Примеры уменьшения
объема механической обработки
за счет уменьшения протяженнос-
ти обрабатываемых поверхностей
(а) и уменьшения их количест-
ва (б)
ных производственных условий (наличие на заводе определенного
оборудования, материалов, площадей). Способы повышения техно-
логичности в значительной степени зависят от типа производства,
объема партии, вида заготовки и других факторов. Поэтому ниже
приводятся лишь некоторые рекомендации по повышению техноло-
гичности заготовок.
1. Желательно, чтобы очертания заготовки представляли собой
сочетание наиболее простых геометрических форм.
2. Форма и размеры отдельных элементов заготовки (галтели,
уклоны и т. п.) должны быть унифицированы.
3. Точность размеров и шероховатость поверхностей заготовок
должны быть экономически обоснованными.
4. Желательно максимально использовать способы получения
заготовок, не требующие последующего снятия стружки (рис. 2.2).
5. При невозможности обойтись без механической обработки
необходимо стремиться максимально ее сокращать за счет умень-
шения количества и про-
тяженности обрабатывае-
мых поверхностей (рис.
2.3).
6. Конструкция детали
должна допускать воз-
можность ее изготовления
составной из двух и более
частей (рис. 2.4),
Рис. 2.4. Конструкция цельной (а) и состав-
ной (б) детали
20
Контрольные вопросы
1. Что такое заготовка? Как классифицируют заготовки?
2. Что такое напуск и припуск; в каких случаях они назначаются и как опреде-
ляются?
3. Как влияет материал на выбор способа получения заготовки? Приведите
примеры.
4. Какие типы показателей характеризуют качество заготовки?
5. Что представляет собой достижимая и экономическая точность заготовки? Как
влияет заданная точность на себестоимость заготовки и готовой детали?
6. Что подразумевают под качеством поверхностного слоя заготовки и какие
факторы на него влияют?
7. Что понимают под технологичностью заготовки и какими показателями она
оценивается?
«8. Как обеспечивается технологичность заготовок на стадии проектирования?
3. ВЫБОР СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ возможности основных
СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
Основные способы производства заготовок — литье, обработка
давлением, сварка. Способ получения той или иной заготовки за-
висит от служебного назначения детали и требований, предъяв-
ляемых к ней, от ее конфигурации и размеров, вида конструкци-
онного 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 по-
верхностями, пересекающимися под различными углами. Точность
размеров и качество поверхности зависят от способа литья. Неко-
торыми 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 обна-
руживаются только после черновой механической обработки при
снятии литейной корки.
Обработкой металлов давлением получают машиностроитель-
ные профили, кованые и штампованные заготовки.
Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прес-
сованием, волочением. Эти методы позволяют получить заготовки,
близкие к готовой детали по поперечному сечению (круглый, шести-
гранный, квадратный прокат; сварные и бесшовные трубы). Про-
кат выпускают горячекатаный и калиброванный. Профиль, не-
21
обходимый для изготовления заготовки, можно прокалибровать
волочением. При изготовлении деталей из калиброванных профи-
лей возможна обработка без применения лезвийного инструмента.
Ковка применяется для изготовления заготовок в единичном
производстве. При производстве очень крупных и уникальных за-
готовок (массой до 200...300 т) ковка — единственный возможный
способ обработки давлением. Штамповка позволяет получить за-
готовки, 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 на-
правления движения рабочего органа молота (пресса). Точность
и качество заготовок, полученных холодной штамповкой, не усту-
пают точности и качеству отливок, полученных специальными ме-
тодами литья.
Обработкой давлением получают заготовки из достаточно пла-
стичных металлов. Механические свойства таких заготовок всегда
выше, чем литых. Обработка давлением создает волокнистую
макроструктуру металла, которую нужно учитывать при разработ-
ке конструкции и технологии изготовления заготовки. Например,
в зубчатом колесе, изготовленном из проката (рис. 3.1,а), направ-
Рис. 3.1. Макроструктура зубчатых колес, изготовленных:
а — из проката; б — штамповкой из полосы; в — осадкой из
прутка; 1 — благоприятное и 2 — неблагоприятное расположе-
ние волокон
ление волокон не способствует повышению прочности зубьев. При
изготовлении заготовки штамповкой из полосы (рис. 3.1, б) или
осадкой из прутка (рис. 3.1, в) можно получить более благоприят-
ное расположение волокон.
Сварные заготовки изготавливают различными способами свар-
ки — от электродуговой до электрошлаковой. В ряде случаев
22
сварка упрощает изготовление заготовки, особенно сложной кон-
фигурации. Слабым местом сварной заготовки является сварной
шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем
основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заго-
товки или технология сварки могут привести к дефектам (коро-
бление, пористость, внутренние напряжения), которые трудно
исправить механической обработкой.
Комбинированные заготовки сложной конфигурации дают зна-
чительный экономический эффект при изготовлении элементов за-
готовки штамповкой, литьем, прокаткой с последующим соедине-
нием их сваркой. Комбинированные заготовки применяют при
изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечно-прес-
сового оборудования, рам строительных машин и т. д.
Перспективно в настоящее время получение заготовок из пласт-
масс и порошковых материалов. Характерной особенностью таких
заготовок является то, что они по форме и размерам могут соответ-
ствовать форме и размерам готовых деталей и требуют лишь не-
значительной, чаще всего отделочной обработки.
3.2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СПОСОБА
ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, получен-
ных различными способами. Одним из основополагающих принци-
пов выбора заготовки является ориентация на такой способ изготов-
ления, который обеспечит ей максимальное приближение к готовой
детали. В этом случае существенно сокращается расход металла,
объем механической обработки и производственный цикл изготов-
ления детали. Однако при этом в заготовительном производстве уве-
личиваются 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 механообрабатывающе-
го. 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 выполне-
ние всех требований чертежа и технических условий на заготовку.
В соответствии с экономическим принципом изготовление заготов-
ки должно вестись с минимальными производственными затра-
тами.
Из нескольких возможных вариантов технологического процесса
при прочих равных условиях выбирают наиболее экономичный,
при равной экономичности — наиболее производительный. Если
23
ставятся специальные задачи, например срочный выпуск какой-ни-
будь важной продукции, решающими могут оказаться другие фак-
торы (более высокая производительность, минимальное время под-
готовки производства и др.).
3.3. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫБОР СПОСОБА
ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
3.3.1. Форма и размеры заготовки
Наиболее сложные по конфигурации заготовки можно изготав-
ливать 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) вы-
двигают определенные ограничения к форме отливки и условиям
ее изготовления.
Заготовки, получаемые штамповкой, должны быть более про-
стыми по форме. Изготовление отверстий и полостей штамповкой
в ряде случаев затруднено, а использование напусков резко уве-
личивает объем последующей механической обработки.
Для простых по конфигурации деталей часто заготовкой явля-
ется прокат (прутки, трубы и т. п.). Хотя в этом случае объем
механической обработки возрастает, такая заголовка 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 ограни-'
чиваются. Нередко ограничивающим параметром в этом случае
являются определенные минимальные размеры (например, мини-
мальная толщина стенки отливки, минимальная масса поковки).
Штамповка и большинство специальных методов литья ограничи-
вают массу заготовки до нескольких десятков или сотен кило-
граммов.
Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок и по-
ковок 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 ли-
тых и штампованных заготовок происходит при увеличении их
массы от 2 до 30 кг.
24
3.3.2. Требуемые точность и качество поверхностного
слоя заготовок
Требуемая точность геометрических форм и размеров заготовок
существенно влияет на их себестоимость. Чем выще требования
к точности отливок, штамповок и других заготовок, тем выше
стоимость их изготовления. Это определяется главным образом
увеличением стоимости формообразующей оснастки (модели, штам-
пы, пресс-формы), уменьшением допуска на ее износ, применением
оборудования с более высокими параметрами точности (и, следо-
вательно, более дорогого), увеличением расходов на его содержа-
ние 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 воз-
можности ее последующей обработки и на эксплуатационных свой-
ствах детали (например, усталостная прочность, износостойкость).
Оно формируется практически на всех стадиях изготовления за-
готовки. Технологический процесс определяет не только микро-
геометрию поверхности, но и физико-механические свойства по-
верхностного 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 ре-
занием возникает неравномерная нагрузка на резец, что в свою
очередь снижает точность обработки. Особенно ярко это проявля-
ется 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 механиче-
ской обработке. Съем слоя металла с поверхности нарушает равно-
весие напряжений и приводит к деформации готовой детали.
3.3.3. 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 антикоррози-
онными свойствами, но получить из них отливки или поковки весь-
ма затруднительно.
25
Технологические свойства оказывают влияние на себестоимость
изготовления заготовок. Например, переход при изготовлении от-
ливки от чугуна к стали повышает себестоимость литья (без учета
стоимости материала) на 20...30 %. Применение легированных и
высокоуглеродистых сталей при производстве заготовок штампов-
кой повышает стоимость их изготовления на 5...7 %.
Если заготовки из одного и того же материала получать раз-
личными способами (литье, обработка давлением, сварка), то они
будут обладать неидентичными свойствами, т. к. в процессе изго-
товления 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 (во-
локнистость). После холодной обработки давлением возникает на-
клеп. Холоднокатаный металл прочнее литого в 1,5...3,0 раза. Пла-
стическая деформация металла приводит к анизотропии свойств:
прочность вдоль волокон примерно на 10... 15 % выше, чем в попе-
речном направлении.
Сварка ведет к созданию неоднородных структур в самом свар-
ном шве и в околошовной зоне. Неоднородность зависит от спо-
соба и режима сварки. Наиболее резкие отличия в свойствах свар-
ного шва получают при ручной дуговой сварке. Электрошлаковая
и автоматическая дуговая сварки дают наиболее качественный и
однородный шов.
3.3.4. Программа выпуска продукции
Программа выпуска продукции, т. е. количество изделий, вы-
пускаемых в течение определенного периода времени (обычно за
год), является одним из важнейших факторов, определяющих вы-
бор способа производства заготовок. Ее влияние для каждого
технологического процесса легко проследить по себестоимости од-
ной заготовки:
Сзаг = а + Ь/Т1 (3.1)
или производственной партии:
С = аП + Ь, (3.2)
где а — текущие затраты (стоимость расходуемого материала, за-
работная плата основных рабочих, расходы на эксплуатацию обо-
рудования и инструмента и т. д.);*6—единовременные затраты
(на оборудование, инструмент, его амортизацию и ремонт); П —
размер производственной партии, шт.
26
Очевидно, что уве-
личение размера пар-
тии ведет к уменьше-
нию себестоимости за-
готовки. Однако такое
снижение себестоимо-
сти происходит не одно-
значно. При увеличе-
нии производственной
Рис. 3.3. Сравнение себе-
стоимости С технологи-
ческих процессов изго-
товления заготовки (ва-
рианты 1 и 2) в зависи-
мости от размера произ-
водственной партии
партии свыше значения
П/ требуется введение
дополнительного обо-
рудования, технологи-
ческой оснастки. Зави-
симость себестоимости
Рис. 3.2. Зависимость
себестоимости С пар-
тии заготовок (/) и
одной заготовки (2)
от размера производ-
ственной партии П:
Пь П2 — критические
ОТ размеров партии значения размеров пар-
приобретает в этом тии
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. 3.4. Поводок (а) и зависимость себестоимос-
ти заготовки от метода ее изготовления и разме-
ра производственной партии (б)
27
3.3.5. Производственные возможности предприятия
При организации производства нового вида заготовок, кроме
разработки технологических процессов, следует установить необхо-
димость нового оборудования, производственных площадей, коопе-
ративных связей, постановки дополнительных материалов, электро-
энергии, воды и т. п. В этом случае выбор оборудования, оснастки
и материалов производится на основании предварительного техни-
ко-экономического анализа.
При проектировании технологического процесса для действую-
щего предприятия его следует связать с возможностями этого пред-
приятия. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и
количестве имеющегося оборудования, производственных площа-
дях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных служб и т. д.
Многие из упомянутых выше факторов взаимосвязаны. Напри-
мер, внедрение литья в металлические формы (кокиль) позволяет
значительно снизить потребность в производственных площадях
в литейном цехе (уменьшаются габаритные размеры машин, снижа-
ется 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 заготов-
ки оказывают также наличие и уровень квалификации рабочих и
ИТР на предприятии. Чем ниже квалификация рабочих и больше
производственная программа, тем детальнее необходимо разраба-
тывать технологическую документацию, тем больше нагрузка на
технологические службы предприятия и выше требования к квали-
фикации ИТР.
3.3.6. Длительность технологической подготовки
производства
В процессе технологической подготовки производства решаются
задачи: технологического проектирования — разработка технологи-
ческих процессов, маршрутных карт и т. п.; нормирования — рас-
четы трудоемкости операций и материалоемкости деталей; кон-
струирования и производства основного и вспомогательного обо-
рудования 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 устарева-
нию изделия, снижению фондоотдачи капиталовложений и т. д.
Поэтому начинать подготовку желательно еще во время проекти-
рования изделия.
28
Длительность и объем технологической подготовки производст-
ва определяется сложностью изготавливаемого изделия, характе-
ром применяемых технологических процессов и типом производ-
ства. Чем больше количество и сложность используемого обору-
дования, тем больше объем и длительность подготовки. В условиях
массового и серийного производства технологическая подготовка
ведется особенно подробно. В единичном производстве технологи-
ческая подготовка ограничивается разработкой минимальных дан-
ных, необходимых для производства. Их детализация возлагается
на цеховые технологические службы. В некоторых случаях (на-
пример, для устранения «узких» мест производства) с целью сокра-
щения периода подготовки выбирают такой метод производства
заготовок, который требует минимальных затрат на производство
оборудования, инструментов и оснастки, необходимых для осуще-
ствления данного технологического процесса.
3.4. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
На первом этапе тщательно анализируются детальные и сбо-
рочные чертежи изделия, взаимосвязи элементов конструкции
при сборке, эксплуатации и ремонте. Анализ сопровождается кри-
тической оценкой чертежей с точки зрения технологичности и обо-
снованности технических требований. Все выявленные недостатки
исправляются совместно с разработчиком конструкции.
Затем, исходя из заданной программы выпуска продукции, кон-
фигурации и размеров основных деталей и узлов, а также произ-
водственных возможностей предприятия, устанавливается тип и
характер будущего производственного процесса (единичное, серий-
ное или массовое; групповое или поточное).
В соответствии с конструкцией детали и предъявляемыми тех-
ническими требованиями устанавливают основные факторы (см.
п. 3.3), определяющие выбор вида заготовки и технологии ее изго-
товления. Факторы желательно располагать в порядке убывания
их значимости.
Анализируя степень влияния рассмотренных выше факторов,
выбирают один или несколько технологических процессов, обеспе-
чивающих получение заготовок требуемого качества. Одновремен-
но проверяют возможность использования комбинированных заго-
товок. 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.
29
3.1. Образец оформления матрицы влияния факторов
Способ изготовления заготовки Факторы Сумма
Форма и размеры заготовки I Требуемые точность и качество поверхност- ного слоя Технологи- ческие свой- ства мате- риала Годовая программа Производст- венные воз- можности предприятия i
Литье:
под давлением по выплавляемым мо- + + — — — 2
делям + + — + + 4
Ковка + / +. —— + 3
Штамповка на ГКМ + — + + — 3
После выбора нескольких вариантов получения заготовок для
каждого из них конкретизируют: последовательность выполняемых
операций (например, штамповка на прессе, затем на ГКМ; валь-
цовка, затем штамповка и сварка), используемое оборудование, ос-
новные и вспомогательное материалы. Если ни у одного из отоб-
ранных способов получения заготовок нет определенных преиму-
ществ, укрупненно проектируют несколько наиболее приемлемых
заготовок и технологических процессов их производства.
Для разработанных технологических процессов определяют
основные технико-экономические показатели и на основании их
анализа выбирайт наиболее рациональный. Затем для выбран-
ного способа производства разрабатывается подробный технологи-
ческий процесс и делается его технико-экономический анализ.
3.5. НОРМА РАСХОДА МЕТАЛЛА И МАССА ЗАГОТОВКИ
Норму расхода материала, кг, на единицу продукции можно
выразить такой формулой:
Н = 6Д+ 6Т.о+ Оз. о, (3.3)
где 6Д — масса готовой детали; GT.O— масса технологического от-
хода; Оз.о — масса заготовительного отхода.
Массу готовой детали бд можно рассчитать по формулам на
основании данных чертежа или непосредственного обмера, а в слу-
чае особо сложной конфигурации детали — контрольным взвеши-
ванием образца.
Масса технологического отхода GT.O, кг, представляет собой
неизбежные для данного производства потери материала, которые
можно рассчитать так:
Gt.о Gt.iks "I- Gj.n.M, (3.4)
30
где От.п.з — технологические потери материала на угар, облой,
прибыли, литниковую систему; От.п.м — технологические потери
материала в виде припусков и напусков. Технологический отход
находится в прямой зависимости от типа производства.
Масса заготовительного отхода G3.o непосредственно с процес-
сом изготовления детали не связана. Она определяется условиями
поставки металла или материала. Например, отход прутка из-за
некратности его длины длине заготовки, полосовой отход при хо-
лодной вырубке деталей из листа и т. д.
Масса технологического и заготовительного отходов уменьша-
ется по мере совершенствования технологических процессов и при-
менения прогрессивных методов обработки. При любом типе про-
изводства необходимо стремиться к снижению норм расхода мате-
риала за счет уменьшения технологического и заготовительного
отходов. Особенно актуальна эта задача в условиях массового
производства. Именно в массовом производстве родились безот-
ходные методы производства изделий (например, производство
болтов и винтов из прутка методом холодной высадки).
Масса, с которой заготовка поступает на предварительную ме-
ханическую обработку, называется массой заготовки. Масса заго-
товки, кг,
G3 » бд .-J-, бт.п.М- (3'5)
3.6. ТРЕБОВАНИЯ К ЗАГОТОВКАМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ
ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ
Помимо минимальной металлоемкости и трудоемкости к заго-
товкам предъявляют ряд требований с точки зрения их последую-
щей механической обработки. К числу таких требований относятся:
минимальные припуски на обработку; рациональное расположение
литейных и штамповочных уклонов; повышенная точность разме-
ров; минимизация или полное устранение дефектных слоев и др.
Минимизация припусков уменьшает количество проходов и пе-
реходов механической обработки и тем снижает ее стоимость.
Штамповочные и литейные уклоны ограничивают возможность
использования отдельных поверхностей заготовки в качестве тех-
нологических баз при -механической обработке, снижают точность
обработки. Соответствующим выбором способа получения заготов-
ки конструктор может создать наиболее приемлемую ее форму,
позволяющую осуществить механическую обработку с наимень-
шими трудозатратами. Основным требованием здесь является такое
расположение плоскости разъема штампа или литейной формы,
при котором установочные поверхности заготовки будут лишены
уклонов и следов разъема.
31
Точность размеров заготовок, получаемых различными спосо-
бами, колеблется от сотых долей до нескольких десятков миллимет-
ров. Естественно при этом стремление получить точность заготовки
максимально приближенной к требованиям чертежа готовой дета-
ли. В этом случае иногда удается обойтись без механической об-
работки. Особенно возрастают требования к точности заготовок
и стабильности размеров при обработке их на прутковых автома-
тах, станках типа «обрабатывающий центр», в гибких производ-
ственных системах, робототехнических комплексах и пр. Низкая
точность заготовок в автоматизированном производстве часто яв-
ляется 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 механи-
ческой обработке, с одной стороны, приводит к увеличению при-
пусков, с другой — к снижению стойкости режущего инструмента.
Дефектный слой у чугунных отливок, получаемых в песчаных фор-
мах 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 фак-
торов на последующую механическую обработку невозможно ква-
лифицированно выбрать способ получения заготовки.
3.7. ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО
СЛОЯ ЗАГОТОВКИ НА СТРУКТУРУ ЕЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
Поверхности деталей делятся на обрабатываемые и необраба-
тываемые. В этой связи все детали в машиностроении можно раз-
делить 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 меха-
нической обработки. Типичными представителями таких деталей
являются детали, получаемые холодной штамповкой из пластмасс,
металлических порошков черных и цветных металлов, а также (ре-
же) прецизионными способами литья и горячей штамповки. Вто-
рая группа — детали, у которых все поверхности должны быть об-
работаны 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 экономичес-
кой нецелесообразностью (дороговизной) получения требуемого ка-
чества детали имеющимися технологическими способами получения
заготовок. Третью группу составляют детали, у которых часть по-
32
Рис. 3.5. Корпус подшипника
верхностей не обрабатывается; а наиболее точные, исполнительные
поверхности, подлежат обработке путем снятия стружки. Третья
группа наиболее многочисленна и занимает промежуточное поло-
жение между первыми двумя. Производство деталей первой груп-
пы обходится наиболее дешево. Оно открывает путь к безотходной
или, по крайней мере, малоотходной технологии. В стремлении
к такому производству проявляется одна из самых важных тенден-
ций развития машиностроения. Однако низкий уровень большин-
ства наиболее распространенных в настоящее время способов по-
лучения заготовок вынуждает иметь в структуре любого машино-
строительного завода механические цехи, в которых заготовки
превращаются в детали путем снятия с их поверхностей припусков
на обработку.
Таким образом, основной тенденцией заготовительного произ-
водства является повышение точности и улучшение качества по-
верхностного слоя заготовок. Однако достижение этих качеств при
малой программе выпуска может оказаться экономически невы-
годным, так как расходы на оснастку для заготовительных про-
цессов могут превысить экономию на механической обработке.
Рассмотрим сказанное на примере детали (рис. 3.5), всем обра-
батываемым поверхностям которой присвоены номера. Точность и
шероховатость пронумерованных поверхностей различны. Поверх-
ности, 2, <?, 4, 6, 7, 8 и 9 нуждаются в однопереходной обработке
(строгании, фрезеровании или точении). Поверхность /, являю-
щаяся базовой поверхностью, требует применения двухпереходной
обработки (чистового и чернового фрезерования). Поверхность 5,
2 437
33
Рис 3.6. Маршрут поэтапной обработки поверхностей детали, изобра-
женной на рис. 3.5 у
являющаяся исполнительной, требует трех-, а в некоторых случаях
и четырехпереходной обработки. Из этого следует, что маршрут
обработки каждой из обрабатываемых деталей различен и опре-
деляется требуемыми квалитетами точности и шероховатостью.
Заготовка в процессе ее превращения в готовую деталь проходит
ряд этапов, каждый из которых обеспечивает получение опреде-
ленной точности и качества поверхностей. Так, заготовительный
этап при обычных методах получения заготовок устойчиво обеспе-
чивает точность, соответствующую 15...17 квалщгетам, чистовой —
7...9, отделочный — 5...7.
С учетом вышесказанного маршрут обработки поверхностей
рассматриваемой детали можно представить графически (рис. 3.6).
Из рисунка следует, что длительность технологического процесса
изготовления детали определяется длительностью маршрута обра-
ботки наиболее ответственной (исполнительной) поверхности,
в данном случае отверстия под подшипник. Именно чистовой или
отделочной операцией этой поверхности и завершается механиче-
ская обработка'детали. Все же остальные поверхности завершают
свой маршрут на более ранних (черновой, получистовой) этапах.
Если повысить точность изготовления отливки корпуса подшипни-
ка, применив какой-либо специальный метод литья, обеспечиваю-
щий получение точности всех размеров по 13 квалитету, то необходи-
мость в механической обработке поверхностей 2, 3, 4, 6, 7, 8 и 9
отпадает. Однако стоимость получения такой отливки резко воз-
растает.
И далее: если применить способ литья, обеспечивающий полу-
чение размеров по 10-му квалитету, то на долю механической
обработки останется только чистовое растачивание отверстия под
подшипник (поверхность 5), точение фасок (поверхности 6 и 9)
34 -
и обработка отверстия М.10 (поверхность 10). Стоимость такой
заготовки окажется еще более высокой. При этом точность поверх-
ностей 2, 3, 4, 7 и 8 окажется избыточной, т. е. такой, которая не
требуется по чертежу. Это явление нежелательно, так как именно
благодаря ему резко растет стоимость заготовки.
Рассмотренный пример наглядно показывает, что точность и ка-
чество поверхностного слоя заготовки оказывают существенное
влияние на структуру технологического процесса механической
обработки заготовки. И то, и другое имеет непосредственное отно-
шение к себестоимости изготавливаемых деталей. Поэтому в каж-
дом конкретном случае надо искать такой компромиссный вариант
получения заготовки, который обеспечивал бы минимальную себе-
стоимость изготовления детали. Для этого необходимо более де-
тально познакомиться со структурой себестоимости изготовления
детали.
Рассмотрим эту задачу, допустив, что существует множество
способов получения заготовок, обеспечивающих непрерывность
функции:
cA = f(T). (3.6)
где Сд— себестоимость изготовления детали; Т — точность заго-
товки, выраженная допуском соответствующего квалитета.
Себестоимость детали можно представить в виде:
Сд = См + С3 + Сп + Сч + Со, (3.7)
где См — стоимость исходного материала, идущего на изготовле-
ние заготовки, р.; С3— стоимость изготовления заготовки, р.; Сп,
Сч, Со — стоимость соответственно предварительной, чистовой и
отделочной обработки, р.
Практика машиностроения показывает:
с увеличением допуска Т (простые и дешевые способы полу-
чения заготовок) увеличиваются затраты на материал См, затраты
на получение заготовок С3 уменьшаются, а затраты на механиче-
скую обработку Сп возрастают;
с уменьшением допуска Т уменьшают- ся расходы на материал См, затраты на М к предварительную Сп, а иногда и на чи- ps. стовую Сч обработку отпадают, зато рез- ко возрастают расходы на получение за- готовки С3. X/. Рис. 3.7. Зависимость полной себестоимости дета- '"См ли Сд от допуска Тиа изготовление заготовки при 1—U постоянной программе выпуска 0 *“рь4Г**** "С3 "С3 ' "См -~См f 3 т,мм
2*
35
Все изложенное выше можно проиллюстрировать графиком
(рис. 3.7), из которого следует, что всегда существует такой способ
получения заготовки, при котором себестоимость изготовления де-
тали будет минимальной.
Контрольные вопросы
1. Определите технологические возможности основных способов получения за-
готовок.
2. Какие цели преследует выбор способа получения заготовки?
3. Назовите факторы, определяющие выбор способа производства заготовок.
4. Сформулируйте последовательность выбора способа изготовления заготовок.
5. Какие требования предъявляются к заготовке с точки зрения последующей
механической обработки?
6. Каковы способы уменьшения массы технологического и заготовительного от-
ходов?
7. Как изменяются затраты на получение заготовки и на механическую обработ-
ку с повышением точности ее формы и размеров (с уменьшением полей до-
пусков) ?
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
4.1. СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
4.1.1. Технологические возможности способов
литья и области их применения
Литьем получают заготовки путем заливки ‘жидкого металла
в формы. Основные способы изготовления отливок — литье в пес-
чаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям,
кокильное и центробежное литье, литье под давлением. Последние
пять способов называют специальными.
Литье в песчаные формы — самый распространенный способ
литья. В машиностроении им изготавливают 75...80 % отливок (по
массе). В зависимости от размеров отливки и типа производства
применяют ручную, машинную или стержневую формовку. В пес-
чаных формах можно получить отливки самой сложной конфигу-
рации и массой от нескольких граммов до сотен тонн.
Получаемые заготовки характеризуются низкой точностью, вы-
сокими параметрами шероховатости и большими припусками на
механическую обработку. Стоимость изготовления отливок мини-
мальна, но стоимость их механической обработки больше, чем за-
готовок, полученных остальными способами литья. Литье в песча-
ные формы требует наибольших затрат металла^ В песчаных фор-
мах получают преимущественно отдивки-из стали,_чуг_уна,_реж£ —
из цветных металлов. Этот способ чаще всего применяется в £диг_
ничном и серийном лрдизводе-твег Применение его в массовом про-
изводстве возможно только прц высокой степени механизации.
36
4.1. Себестоимость заготовок и деталей, изготовленных литьем в песчаные И обо-
лочковые формы
Литье в формы:
песчаные
оболочковые
Соотношение показа-
телей, %
1288 1886 31 39,9 115,1 41,2 278,2 565
1288 1500 20 27,3 53,3 115,9 310,2 426
100 79,5 64,5 68,4 46,3 281,3 111,5 75,4
Литье в оболочковые формы состоит в том, что изготавливают
две полуформы толщиной 6...20 мм из формовочной смеси, состоя-
щей из песка и фенолформальдегидных смол в качестве связки.
Аналогично могут быть изготовлены оболочковые стержни. После
сборки оболочковые формы помещают в неразъемные опоки, кото-
рые засыпают песком или дробью.
Песчано-смоляная формовочная смесь содержит мелкозерни-
стый песок и обладает высокой подвижностью. Это позволяет по-
лучить более высокую точность отпечатка и меньшую высоту
микронеровностей поверхности отливки. При заливке жидкого ме-
талла образуется тонкая газовая рубашка, которая предотвращает
пригар формовочной смеси. В результате могут быть достигнуты
точность размеров, соответствующая 12-му квалитету, и параметр
шероховатости поверхности 7?z=20...10 мкм.
Литье в оболочковые формы позволяет уменьшить объем обруб-
ных и очистных работ примерно на 50%, расход металла — на
30...50 %, сокращает объем последующей механической обработки
на 40...50 %, а расход формовочной смеси — в 10...20 раз. Процесс
изготовления отливки может быть полностью механизирован.
Главным недостатком оболочкового литья является высокая
стоимость связующего вещества (фенолформальдегидных смол).
Формовка производится с помощью более дорогой металлической
модельной оснастки. Литье в оболочковые формы применяется
в основном для изготовления мелкцх и средних отливок. Хорошо
льются трнкогтрнные отливки из чугуна, углеродистой и легиро-
ванной-сталей и пвехных металлов. Сравнение экономических по-
казателей литья в песчаные и оболочковые формы приведено
в табл. 4.1.
37
Литье по выплавляемым моделям применяется для изготовле-
ния сложных и точных заготовок практически из любых сплавов.
В этом случае для каждой отливки изготавливается разовая мо-
дель с элементами литниковой системы из легкоплавкого модель-
ного состава (на основе парафина, стеарина, церезина и других
материалов). Формовочная смесь в виде жидкой суспензии нано-
сится в несколько слоев (до 12) с сушкой каждого слоя на воздухе
в течение 2...4 ч. После выплавления моделей и прокаливания по-
лучают прочную тонкостенную оболочку толщиной 1,5...4,0 мм.
’Полученная форма не имеет разъемов и знаковых частей. Это
дает высокую точность размеров (до 11 квалитета) и взаимного
расположения поверхностей. В качестве огнеупорной составляю-
щей в формовочной смеси используется пылевидный кварц, благо-
даря чему может быть достигнут параметр шероховатости поверх-
ности Rz = 20...10 мкм. Заливка металла производится чаще всего
сразу после прокаливания, т. е. в формы, нагретые до 900 °C. Этим
создаются благоприятные условия для заполнения формы и пита-
ния отливки во время кристаллизации.
Механическая обработка полученных заготовок сводится к ми-
нимуму или может быть полностью исключена. В то же время это
самый сложный, самый длительный и трудоемкий способ литья.
Применяется для изготовления заготовок размерами от 0,5 до
1250 мм. ф
Литьем по выплавляемым моделям экономически наиболее вы-
годно изготавливать мелкие, но сложные по .конфигур а цшизаготов-
ки, к которым предъявляются высокие требования по точности
размеров и шероховатости поверхности или которые собираются
(свариваются) из двух и более элементов. Обычно льют детали
из цветных сплавов, высоколегированных сталей, жаропрочных
или обладающих низ-
кими литейными свойствами. Основная часть экономии при этом
способе литья достигается за счет уменьшения массы заготовки и
объема ее механической обработки.
Кокильное литье — наиболее дешевый среди специальных спо-
собов литья. Его главная особенность состоит в многократном
использовании металлической формы — кокиля. Стойкость чугун-
ных кокилей составляет при изготовлении стального литья 50...
500 отливок, чугунного — 400...8000 отливок, литья из цветных
сплавов — тысячи и десятки тысяч отливок.
Кокили позволяют получать отливки со стабильными и точны-
ми размерами (до 12 квалитета). Параметр шероховатости может
достигать Rz = 20 мкм. В связи с большой теплопроводностью ма-
териала формы скорость кристаллизации очень велика. Это повы-
шает механические свойства отливки (за счет получения мелко-
зернистой структуры) на 10...15 %, но в то же время затрудняет
38
получение отливок с тонкими стенками. Кокиль практически не
обладает податливостью и газопроницаемостью, что необходимо
учитывать при конструировании отливки.
При переходе с литья в песчаные формы на кокильное расход
металла уменьшается на 10...20 % за счет сокращения литниковой
системы. Трудоемкость механической обработки вследствие умень-
шения припусков и высокой точности размеров уменьшается в
1,5...2,0 раза.
Одновременно необходимо учитывать, что сами кокили стоят
довольно дорого, что в них можно изготавливать отливки сравни-
тельно простой конфигурации, и что возможно их коробление из-за
значительных усадочных и термических напряжений. .
Кокильное литье целесообразно применять в условиях серий-
ного производства при получении с каждой формы не менее 30077.
“ЗОО'меЛких или 50...200 средних отливок в год, а также для изготов-
ления отливок простой конфигурации из мр.лных. алюминиевых и
магниевь1х..слдаВ£>в, а также изста^пьищухушйв^.
Зймёна литья в песчаные формы на кокильное при достаточно
большой программе выпуска снижает себестоимость отливок при-
мерно на 30 % и повышает производительность труда в 4...6 раз.
Затраты на организацию участка кокильного литья и участка от-
жига отливок при этом окупаются за 2...3 месяца.
Центробежное литье заключается в заливке жидкого металла
во вращающуюся форму (изложницу), которая вращается до окон-
чания кристаллизации металла. В этом случае, как и при кокиль-
ном литье, получают высокую точность размеров и аналогичный
параметр шероховатости поверхности.
За счет вращения изложницы достигается большая плотность
металла отливки, повышается жидкотекучесть, практически отсут-
ствуют затраты на изготовление стержней. При этом способе литья
значительно снижается расход металла, так как отсутствует или
очень мала литниковая система. За счет центробежных сил приме-
си, неметаллические включения скапливаются на внутренней по-
верхности отливки и могут быть удалены механической обра-
боткой.
К недостаткам центробежного литья следует отнести: неточ-
ность размеров и низкое качество внутренней полости отливки;
трудность получения отливок из сплавов, склонных к ликвации;
возможность возникновения продольных и поперечных трещин
за счет высоких центробежных сил и затрудненной усадки от-
ливки.
Центробежное литье применяется для изготовления труб, вту-
лок, маховых и зубчатых колес^ободов и т. п. В частности, чугун-
ные трубы льют 05О...1ОВ^'ЪГм с производительностью до 40...
50 труб в час. Заготовки льют из чугуна, углеродистых и легиро-
39
ванных сталей, иногда из цветных сплавов (фасонные отливки из
титановых сплавов). Возможно изготовление биметаллических
отливок.
Литье под давлением состоит в том, что жидкий металл с боль-
шой скоростью заполняет полость металлической пресс-формы и
кристаллизуется под давлением. Литье осуществляется на порш-
невых (1000...3600 заливок в час) и компрессионных (60...500 за-
ливок в час) машинах.
, Главные особенности процесса: металлическая форма (включая
и стержни) и высокое давление на жидкий металл. В связи с этим
можно получить заготовки с толщиной стенок до 0,5 мм, точностью
размеров до 9 квалитета и параметром шероховатости поверхно-
сти Rz = 40... 10 мкм.
Главный недостаток литья под давлением — сложность и дли-
тельность изготовления пресс-формы, ее высокая стоимость и не-
большая стойкость, особенно при изготовлении отливок из сплавов
с высокой температурой плавления (например, стальное литье).
В металлических пресс-формах трудно изготовить и извлечь от-
ливки со сложными полостями. Из-за неподатливости формы воз-
можно появление остаточных напряжений. Это ограничивает но-
менклатуру отливок и сплавов, из которйх они могут быть изго-
товлены.
Литьем под давлением получают сложные, близкие по конфи-
гурации к готовым деталям тонкостенные заготовки массой от
нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из цин-
ковых, алюминиевых, магниевых, медных и других сплавов. Воз-
можно изготовление армированных отливок. Наиболее часто литье
под давлением применяют в автомобильной, авиационной, электро-
и радиопромышленностях, в приборостроении. По сравнению с
литьем в песчаные формы масса отливки снижается в несколько
раз, а затраты на изготовление одной отливки (при достаточно
большой партии заготовок) —на 16...36 %. В то же время возрас-
тают затраты на оборудование и его ремонт (до 70 %). Но в себе-
стоимости изготовления детали эти затраты составляют около
10...15 %. Поэтому экономия затрат на материал отливки и сни-
жение трудоемкости намного превышают затраты на изготовление
и восстановление технологической оснастки. Сравнительная ха-
рактеристика способов литья дана в табл. 4.2.
4.1.2. Характеристика отливок по сложности, массе и точности
На выбор материала и способа получения отливки существен-
ное влияние оказывает сложность детали и ее масса.
Сложность различают геометрическую и качественную. Под
40
4.2. Сравнительная характеристика способов литья
Способ литья Тип произ- водства Материал отли- вок Масса отли- вок, кг Толщина ’стенок, мм \ Достижимая точность размеров, квалитет Шерохова- тость поверх- ности Rz t мкм Коэффициент использова- ния материа- ла заготовок Себестоимость литья, р./т Технологические особенности Область применения
В песча- Е, С Чугун, сталь, 10.. Л ООО >3 14...17 320...80 0,55...0,70 Серый чу- Возможно из- Фланцы,
ные фор- цветные ме- гун— 120; готовление крышки,
мы таллы Ковкий чу- гун— 150; Стальное литье — 125...250 отливок лю- бой конфигу- рации, осо- бенно требу- ющих большо- го количества стержней втулки, станины, корпуса насосов, редукторов
В обо- С, М Чугун, угле- 0,1...80 2...4 12..Л5 160...20 0,85...0,90 Углероди- Тонкостенные Втулки,
лочко- родистая и ле- стые ста- отливки ком- муфты,
вые фор- гированная ли — 120... пактной фор- фланцы,
мы сталь, цветные металлы 1200 мы кронштей- ны
По вы- М, С Высоколеги- 0,01...135 >0,7 П...14
плавляе- рованные ста-
мым мо- ли, жаропроч-
делям ные сплавы,
цветные ме-
таллы
40...10 0,85...0,95 Углероди- Мелкие и Лопарки
стые ста- средние от- турбин,
ли — 600... ливки слож- зубчатые
.1000 ной конфигу- колеса,
рации, меха- штуцера,
ническая об- работка кото- рых затруд- нена фитинги •
Продолжение табл. 4.2
Способ литья Тип произ- водства Материал отли- вок Масса отли- вок, кг Толщина стенок, мм Достижимая точность размеров, квалитет Шерохова- тость поверх- ности мкм Коэффициент использо- вания мате- риала заго- товок Себестоимость литья, р./т Технологические особенности Область применения
Кокиль- с Сталь, чугун, 0,1...50 >3 12...15 80...20 0,71.„О,75 Серый чу- Изготовление Муфты,
ное цветные ме- таллы гун — 90... 150; углероди- стые ста- ли — 150...200; алюминие- вые спла- вы — 600... 750 толстостен- ных отливок простой и средней слож- ности втулки, стаканы, маховики, колеса
Под дав- лением м,с Цинковые, алюминиевые,, магниевые,, медные спла- вы 0,001...13 0,5... 6,0 9...13 40... 10 0.95...0.98 Алюминие- вые спла- вы — 760... 800; цинковые сплавы — 600... 1500 Тонкостенные отливки слож- ной конфигу- рации Корпуса приборов, панели, шестерни, штепсель- ные разъ- емы
Центро- М,С Серый чугун, 0Д...3000 >4 13...15 80...20 0,70...0,80 Серый чу- Детали, име- Трубы,
бежное сталь, медные гун — 120... ющие ось кольца,
/ сплавы 150 симметрии втулки, гильзы
Примечание. Здесь и дальше условные обозначения типов производства: Е — единичное; С — серийное; М — массо-
вое.
4.3. Характеристики отливок по группам геометрической и качественной сложности
Группа Геометрическая сложность отливок Качественная сложность отливок Примеры
Конфигурация отливки (внешнее очертание) Внутренние полости и их очертание Требова- ния к механичес- ким свойствам Требования к плотности литья Характер пос- ледующей меха- нической обработки Требования к шерохо- ватости поверхности отливки
I Простая геомет- Отсутствуют Не обусловлены
рическая форма;
гладкие поверх- ности без ребер
и выступов; сече- ния однородные
Не требуется или незначи- Не обу- словлены Крышки, рукоятки, вилки, рычаги, флан-
тельная цы, грузы,горловины люков
П Простая геомет- Простые геомет- Могут Не обус- От частичной Умеренные Фигурные вилки,
рическая форма в простых соче- таниях с неболь- шими ребрами, выступами, углу- блениями; поло- сти простой фор- мы; разностен- ность незначи- рические фигуры и их сочетания быть обуслов лены ловлены до обработки кругом кронштейны, разме- точные плиты, стака- ны, обоймы, корпуса патронов, барабаны, венцы, шкивы, колеса вагонеток
тельная
П1 Плоские и кри- Сочетание несим- Обусло- Могут От частичной От уме- Звездочки, колеса с
волинейные по- метричных по- влены быть обу- до обработки ренных до литыми зубьями,
верхности в раз- ных сочетаниях; • ребра, выступы, верхностей словлены кругом повышен- ных крышки и основания редукторов, гильзы и поршни цилиндров,
Группа
Геометрическая сложность отливок
Конфигурация отливки (внешнее очертание) Внутренние полости и их очертание
Продолжение табл. 4.3
Качественная сложность отливок ’ Примеры
Требо- вания к тиехани- .'ческим свойствам Требования к плотности литья Характер, пос- ледующей ме- ханической обработки Требования к шерохова- тости поверх- ности отливки
углубления; по-
лые и коробча-
тые отливки;
стенки различной
толщины
корпуса гидронасо-
сов
IV Большое число Сочетание не- Обус- Могут Сочетание не- Повышен- Столы и станины ме-
фасонных повер- хностей в разных сочетаниях; реб- ра, выступы, по- лости; стенки раз- личной толщины симметрично рас- положенных по- верхностей раз- личных очерта- ний; поверхности, искривленные от одной до трех сторон t ловлены быть обус- ловлены обработанных поверхностей с поверхно- стями, обраба- тываемыми с высокой точ- ностью ные таллорежущих стан- ков, ковочных ма- шин, прессов, моло- тов, мостовых и про- катных станов; двух и трехдисковые звез- дочки и зубчатые ко- леса, лопасти гидро- турбин
V Тонкостенные от-
ливки с ребрами/
выступами, углу-
блениями и сло-
жными внутрен-
ними перехода-
ми
Сочетание
метрично
ложенных
верхностей раз-
личных
форм; выступы,
ребра, бобышки
со всех
несим-
распо-
по-
Обус-
ловлены
Проверка
гидравли-
ческим ис-
пытанием
Обработка,
как правило,
кругом
Высокие
сложных
сторон
Передние бабки, сло-
жные станины, стой-
ки, основания и тра-
версы станков, ко-
ленчатые валы, кор-
пуса гидромеханиз-
мов, фасонные ци-
линдры турбин, ком-
прессоров, блоки ци-
линдров двигателей
геометрической сложностью понимают конфигурацию отливки,
т. е. ее внешние и внутренние очертания. Качественная сложность
подразумевает технологическую сложность обеспечения тех или
иных качеств и свойств: прочность, плотность, шероховатость и пр.
Как по геометрической, так и по качественной сложности все от-
ливки делятся на пять групп, характеристики которых приведены
в табл. 4.3. Там же приведены примеры типовых деталей, которые
по своей сложности могут быть отнесены к той или иной группе.
Классификация чугунных отливок по технологической сложно-
сти производится с учетом массы и толщины стенок. Для харак-
теристики сложности чугунных отливок служит коэффициент габа-
ритного объема
Ко = АБВ/Сотл, (4.1)
где А, Б, В — габаритные размеры отливки, дм; Оотл — черновая
масса отливки, кг.
Группа технологической сложности в этом случае может быть
определена по табл. 4.4. Для стальных отливок группа технологи-
ческой сложности определяется по прейскуранту № 25—01 [26].
ГОСТ 26645—85 устанавливает 22 класса точности размеров и
масс (1, 2, Зт, 3, ..., 16) отливок из металлов и сплавов. Класс
точности устанавливается конструктором в зависимости от назна-
чения детали, типа металла (сплава), способа литья, типа произ-
водства и других условий (табл. 4.5). При этом меньшие значения
классов точности назначают на простые отливки в условиях мас-
сового автоматизированного производства; большие — на сложные,
мелкосерийно и единично изготовляемые отливки. На одну отливку
рекомендуется устанавливать одинаковые классы точности разме-
ров и масс.
4.2. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ
4.2.1. Классификация литейных сплавов
и их основные характеристики
Для производства отливок используются различные сплавы,
классификация которых приведена на рис. 4.1. Примерно 77 % (по
массе) всех изготовляемых в машиностроении отливок делают из
чугуна. Этому способствует самая низкая, среди всех литейных
сплавов стоимость чугуна, его сравнительно высокая прочность и
хорошие литейные свойства.
В литейном производстве 94 % чугунных отливок по массе
изготавливают из серого чугуна марок СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20
и др. Механические свойства чугунов зависят от химического со-
става, структуры и массивности отливки. Механические свойства
45
4,4, Классификация чугунных отливок по технологической сложности
Коэффициент габаритного объема Kv ,дм*/кг
Типовые детали
Массивные отливки сложной конфигурации Отливки средней сложности Отливки простой конфигурации Плоскостные отливки
I — — 0,139...0,240; —
грузы, противовесы, фланцы, диски,
крышки, кронштейны
П — 0,241...0,360; 0,139...0,350; 0,240...0,420; 0Д39...360;
плиты, вилки, рычаги, клинья, кольца, крышки/ руко- фланцы, заглушки, про-
планшайбы, скобы, под- шкивы, стаканы, ятки, поддоны, кладки, плиты
шипники поршни линейки, махо-
вики
Ш 0,351...0,630; 0,421...0,630; 0,421...0,700; 0,139..Д420;
корпуса, столы станков, плиты, кронштейны, крышки, фланцы, патрубки, уголь- плоские крышки, плиты,
кронштейны, зубчатые серьги, траверсы, хобо- ники, зажимы, бачки, кожухи фланцы
колеса, люнеты, салаз- ты, крышки редукторов
ки '
IV 0,631...1,200; 0,701...1,300; — —
станины, каретки, пе- крышки, кронштейны,
редкие бабки, рамы, щитки, педали, кожухи
коробки подач, столы
V >1,200 >1,300 — —
фартуки, бабки, слож- корпуса, сложные ко-
ные станины, корпуса жухи, фартуки
4.5. Рекомендуемые классы точности размеров и масс и ряды припусков на меха-
ническую обработку отливок для различных способов литья
Способ литья Максималь- ный размер отливки, мм Классы точности размеров и масс отливок и ряды припусков
Цветные сплавы с температурой плавления ниже 700° С Цветные сплавы с температурой плавления Ковкий, высо- копрочный и легирован- ный чугуны, сталь
Под давлением, выжима- До 100 Зт...5 3...6 4...7Т
нием, вакуумным всасы- 1 1 1
ванием Более 100 3...6 4...7т 5т...7
- 1 1 1
До 100 3...6 4...7т 5т...7
В керамические формы, 1 1...2 1...2
по выплавляемым и вы- жигаемым моделям Более 100 4...7 5т...7 5-8
1...2 1...2 1...2
Кокильное; под низким До 100 4-9 5Т...10 5...11Т
1...2 5т... 10 1...3 1...3
давлением без и с песча-
ными стержнями; литье в ; 100...630 5...11Т 6...11
формы, отверждаемые в 1...3 1...3 2...4
контакте с оснасткой Более 630 5...11Т 6...11 7т... 12
1...3 2...4 2^5^
В сырые и сухие песча- До 630 6...11 7т...12 ' 7..ЛЗт
ные формы; центробеж- 2...4 2...4 ..2-5^-/
ное; литье в формы, от- верждаемые вне контак- 630...4000 7...12 8^т 9Т...13
та с оснасткой 2...4 , 3...5 3...6
Более 4000 8... 13т 9т... 13 9...14
3...5 3...6 4...6
Примечание. В дробях третьей—пятой граф числитель указывает классы точности
размеров и масс отливок, знаменатель — ряды припусков.
серых чугунов можно существенно улучшить при одновременном
сохранении высоких литейных свойств, применяя модифицирование
и легирование.
Примерно 5 % чугунных заготовок производят из ковкого чу-
гуна. Наиболее холодными марками ковкого чугуна являются
КЧ37-12, КЧ35-10, КЧЗЗ-8, КЧЗО-6. Ковкий чугун обладает высо-
кой прочностью и износостойкостью, занимая по механическим
свойствам промежуточное положение между серым чугуном и
сталью. Следует отметить, что процесс изготовления отливок из
47
Рис. 4.1. Классификация литейных сплавов
ковкого чугуна длителен и энергоемок, поэтому во многих случаях
значительно экономичнее получение их из высокопрочных чугунов.
Высокопрочный чугун марок ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70 по меха-
ническим и литейным свойствам приближается к сталям, но дешев-
ле их (в среднем на 25 %), плавится при более низкой темпера-
туре, лучше обрабатывается резанием.
Из стали производят около 21 % всех отливок по массе. По хи-
мическому составу стали делятся на углеродистые и легирован-
ные. Последние в зависимости от количества легирующих элемен-
тов делятся нашизколегированные (до 2,5 %), среднелегированные
(от 2,5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%). Литейные
стали 15Л, 20Л, 45Л, 10Х18Н9ТЛ, 110Г13Л обладают пониженной
жидкотекучестью и большой усадкой. В связи с этим расход ме-
талла на отливку увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению
с чугунной. Литье из цветных сплавов составляет по массе при-
мерно 4 % в общем объеме литейного производства.
Наиболее распространены сплавы на основе меди — бронзы и
латуни. Бронзы, применяемые в литейном производстве, подраз-
деляются на две группы: оловянные (БрО10Ф1, БрО5И5С5,
БрО5С25 и др.) и безоловянные (БрСЗО, БрА10Ж4Н4Л,
БрА9Мц2Л и др.). Бронзы отличаются высокими механическими,
коррозионными и антифрикционными свойствами. Они обладают
хорошей жидкотекучестью, но сравнительно большой усадкой и
склонностью к окислению.
Литейные латуни (ЛЦ16К4, ЛЦ40МцЗЖ ЛЦЗОАЗ и др.) име-
ют сложный химический состав. Кроме цинка, в их состав входят
48
Al, Fe, Мп и другие элементы. Латуни имеют более высокие ли-
тейные свойства, чем бронзы, поэтому из них легче получить плот-
ные, герметичные отливки.
Алюминиевые литейные сплавы (АЛ2, АЛЗ, АЛ6, АЛ7 и др.)
содержат в своем составе, как правило, в незначительных количе-
ствах Mg, Si, Си, Мп, Ni, Zn и другие элементы. По преобладаю-
щему после алюминия элементу они делятся на пять основных
групп: кремниевые (Si ^5 %), магниевые (Mg^4 %), медные
(Си ^4 %), цинковые (ZnJ>3%) и сложные по составу, отли-
чающиеся повышенной жаростойкостью. Их высокие литейные
свойства позволяют получать тонкостенные и сложные по форме
отливки.
Магниевые литейные сплавы (МЛ5, МЛ6, МЛ8) по химическо-
му составу делятся на три группы: I — сплавы на основе системы
Mg —Al —Zn; II —Mg —Zn —Zr и III — Mg — РЗЭ — Zr. Маг-
ниевые сплавы уступают алюминиевым по пластичности и корро-,
зионной стойкости. Сплавы имеют плохую жидкотекучесть, боль-
шую усадку, склонны к образованию усадочных рыхлот. Они спо-
собны воспламеняться в жидком состоянии, что затрудняет
изготовление отливок.
К тугоплавким сплавам относятся сплавы на основе титана,
вольфрама, молибдена, ниобия, ванадия. Эти сплавы имеют высо-
кую температуру плавления (1700...3500 °C) и отличаются повы-
шенной прочностью при высоких температурах. Как конструкци-
онный материал чаще используют титановые сплавы. Для фасон-
ных отливок применяют сплавы: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л, ВТЗ-1Л и др.
Литейные свойства титановых сплавов характеризуются малым ин-
тервалом температур кристаллизации и высокой химической ак-
тивностью по отношению к окружающей среде и формовочным
материалам.
Цинковые сплавы (ЦАМЮ-4) в качестве легирующих элемен-
тов могут содержать медь, алюминий и в незначительных количе-
ствах — магний и марганец.
Легкоплавкими являются сплавы, полученные на основе висму-
та, олова, свинца и кадмия. Эти сплавы имеют температуру плав-
ления 70...90 °C.
Подробные сведения о химическом составе и механических
свойствах литейных сплавов приводятся в соответствующих стан-
дартах и справочниках.
4.2.2. Области рационального применения литейных сплавов
Выбор материала отливки в первую очередь зависит от условий
эксплуатации детали в собранной машине: испытываемых нагру-
зок, температуры, агрессивности окружающей среды и других
49
факторов. Немаловажное значение при выборе материала играет
сложность и точность отливок (см. табл. 4.3, 4.4, 4.5).
Фасонные детали, не подвергающиеся ударным нагрузкам, дей-
ствию растяжения и изгиба, изготовляются обычно из чугуна. Для
фасонных деталей машин, работающих в тяжелых условиях и
испытывающих большие нагрузки, применяют сталь. Получение
крупных отливок из стали затруднено.
Серый чугун, широко используемый для изготовления корпус-
ных деталей, является хорошим конструкционным материалом,
достаточно дешевым и обладающим хорошими технологическими
свойствами (жидкотекучесть, обрабатываемость резанием). Меха-
нические, физические, технологические и другие свойства чугуна
можно изменять в достаточно широких пределах, что значительно
расширяет область использования этого материала.
Из серого чугуна марок СЧ15, СЧ20 отливают корпусные детали
металлорежущих станков, сельскохозяйственных машин, центро-
бежных насосов, редукторов и многие другие. Ответственные де-
тали автомобильных и тракторных двигателей (блоки, цилиндры,
головки), которые должны обладать повышенной прочностью, из-
готовляют из серого чугуна марок СЧ25, СЧЗО.
Корпусы высоконапорных центробежных многоступенчатых на-
сосов делают из стального литья и высокопрочного чугуна.
Корпусы паровых турбин, работающие при давлениях до
200 Н/см2 и температуре до 250 °C, делают из серого чугуна мар-
ки СЧ25 и модифицированного чугуна марки СЧЗО. Корпусы паро-
вых турбин, работающие при температуре 250...400°С, производят
из углеродистой стали марки ЗОЛ. Для паровых турбин, работаю-
щих при температуре 400...500 °C, применяют молибденовые и
хромо-молибденовые стали марок ЗОХНМЛ, 35ХГСЛ. Для более
высокой температуры корпусы делают из стали с присадкой вана-
дия и титана (сталь марки 13ХНДФТЛ).
Для корпусных деталей, работающих в условиях вибрации или
подвергающихся значительным изгибающим и скручивающим мо-
ментам и ударным нагрузкам, применяют ковкий чугун или сталь
(например, корпусы редукторов самоходных комбайнов; корпусы
заднего моста, дифференциала, руля).
Для деталей, работающих в специфических условиях, приме-
няют высоколегированные стали со специальными свойствами:
коррозионностойкие (25Х18Лчи др.), кислотоупорные (15Х18Н9ТЛ
и др.), окалиностойкие (15Х9С2Л и др.), жаропрочные (15Х22Н15Л
и др.), износостойкие с высокой сопротивляемостью износу при
абразивном и ударном воздействиях в различных условиях
(110Г13Л, 15Х34Л и др.). Следует помнить, что все высоколеги-
рованные стали обладают низкими литейными свойствами.
Большинство цветных сплавов обладают отличной жидкотеку-
50
честью и обрабатываемостью. Однако применение их в машино-
строении ограничено более низкими, чем у черных металлов, меха-
ническими свойствами и главным образом гораздо более высокой
стоимостью и дефицитностью.
Корпусы насосов, перекачивающих морскую воду, изготавли-
вают из бронзы и латуни.
Алюминиевые сплавы широко используют в автомобильной,
авиационной и других отраслях промышленности для изготовления
поршней, корпусов двигателей, деталей приборов.
Магниевые сплавы получили широкое применение в приборо-
строении и авиационной промышленности для изготовления кор-
пусов приборов, деталей двигателей, инструментов, корпусов фото-
аппаратов, пишущих машинок и пр.
Особую группу составляют износостойкие подшипниковые спла-
вы, применяемые для заливки подшипников. Эти сплавы (бабби-
ты Б83, Б16, БК и др.) состоят из свинца и олова с добавками
твердых составляющих (сурьмы, кадмия, никеля, теллура, каль-
ция и др.). Для тяжело нагруженных подшипников применяют
бронзу и латунь.
Тугоплавкие материалы являются дорогостоящими и находят
применение в основном в некоторых специфических отраслях ма-
шиностроения и приборостроения.
Легкоплавкие материалы ввиду низких механических свойств
в машиностроении практического применения не нашли. Они ис-
пользуются главным образом в электротехнической промышлен-
ности.
4.2.3. Литейные свойства сплавов и их влияние
на конструктивные размеры и форму отливок
К литейным свойствам сплавов относятся жидкотекучесть, усад-
ка, склонность к ликвации и газопоглощению.
Жидкотекучесть — способность жидкого металла полностью за-
полнять полости литейной формы и четко воспроизводить очерта-
ния отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава, тем-
пературы заливаемого в форму сплава и теплопроводности мате-
риала формы. Фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера
ухудшает. Серый чугун содержит углерода и кремния больше, чем
сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью. Повышение
температуры жидкого металла улучшает жидкотекучесть, и чем
выше его перегрев, тем более тонкостенную отливку можно полу-
чить. Увеличение теплопроводности материала формы снижает
жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее
и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую
форму, которая интенсивно охлаждает расплав. Минимально воз-
51
можная толщина стенки отливки для различных литейных сплавов
ввиду их разной жидкотекучести неодинакова и составляет (при
литье в песчаные формы) для отливок из серого чугуна: мелких —
3...4 мм, средних — 8...10, крупных—12...15 мм; для отливок из
стали — соответственно 5...7 мм, 10...12 и 15...20 мм.
Жидкотекучесть металла определяют путем заливки специаль-
ных технологических проб и характеризуют линейными размерами
заполненной полости канала определенной формы. Заливая металл
при различных температурах перегрева, находят оптимальную тем-
пературу заливки формы для данного сплава.
Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем при за-
твердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках про-
текают с момента заливки расплавленного металла в литейную фор-
му вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную
и объемную усадки, %.
8 ли и == ((ф /от) 100//от.; (4-2)
8об = (Уф — Уот) ЮО/Уот, (4.3)
где /ф, Уф — соответственно линейный размер и объем полости
4.6. Линейная усадка некоторых сплавов
Сплавы . Категория отливки Усадка, %
Чугуны:
серые Мелкие 1,0...1,25
Средние 1 0,75... 1,0
модифицированные Крупные 0,5...0,75
и легированные <— 1,0... 1,25
высоколегированные 1 • 1,25... 1,75
высокопрочные I- 0,5...1,25
ковкие — 0,5...2,0
белые 1,5...2,0
Стали углеродистые Мелкие 1,8...2,2
Средние 1,6...2,1
Бронзы: Крупные 1,4... 1,8
оловянные —— 1,0...1,2
безоловянные и латуни Мелкие 1,4... 1,6
Средние 1,0... 1,4
Крупные 0,8... 1,2
алюминиевые Алюминиевые и магниевые — 1,2...1,8
сплавы Мелкие 0,8... 1,2
Средние 0,5... 1,0
Крупные 0,3...0,8
Примечание. Большие значения усадки относятся к простым отливкам со свобод-
ной усадкой, а меньшие — к сложным отливкам с затрудненной
усадкой.
52
формы; /от, V0T — линейный размер и объем отливки при темпера-
туре 20 °C.
Линейная и объемная усадки связаны соотношением
8об 38лин« (4*4)
На усадку (табл. 4.6) влияют химический состав сплава, тем-
пература его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, кон-
струкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна
уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния, алю-
миниевых сплавов — с повышением содержания кремния. Увели-
чение температуры заливки и скорости отвода теплоты от залитого
в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.
При охлаждении отливки происходит механическое и терми-
ческое торможение усадки. Механическое торможение возникает
вследствие трения между отливкой и формой. Термическое тормо-
жение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных
частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются
совместному воздействию механического и термического тормо-
жений.
Помимо искажения линейных размеров усадка в отливках про-
является в виде усадочных раковин, пористости, трещин и коро-
блений. При правильном учете усадочных процессов, затвердевание
отливки должно идти снизу вверх с образованием концентриро-
ванной усадочной раковины (рис. 4.2). В противном случае в теле
отливки образуется усадочная пористость.
Ликвация — это неоднородность строения в различных частях
отливки. Возможна ликвация по химическому составу (зональная
или дендритная), по плотности, неметаллическим включениям и
другим факторам.
Зональная ликвация представля-
ет собой химическую и другие не-
однородности в объеме всей отлив-
ки; дендритная — в пределах одного
зерна (дендрита). Склонность к ли-
квации зависит от химического
состава сплава, скорости охлажде-
ния сплава и размеров отливки.
Неоднородность химического со-
става и структуры по сечению при-
водит к неоднородности механиче-
ских свойств отливки. Для умень-
шения ликвации увеличивают ско-
рость охлаждения отливки.
Склонность к газопоглощению —
это способность литейных сплавов
Рис. 4.2. Схема процесса кристал-
лизации отливки:
1 — усадочная раковина; 2 — прибыль;
3 — отливка; 4 — место сосредоточения
усадочной пористости
53
в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород. Их рас-
творимость растет с перегревом расплава (температуры залив-
ки). Движение металла в форме мелкими струйками или турбу-
лентными потоками также способствует повышению растворимости
газов. При охлаждении в литейной форме газонасыщенного рас-
плава растворимость газов понижается и они, выделяясь из ме-
талла, могут образовать в отливке газовые раковины.
4.2.4. Механические свойства отливок
Механические свойства литого металла всегда хуже, чем дефор-
мированного, из-за более крупного размера зерна, неоднородности
структуры, возможной пористости и других литейных дефектов.
Рис. 4.3. Зависимость предела проч-
ности ов серого чугуна от толщины
стенок отливки $:
В связи с особенностями кристалли-
зации механические характеристики
неоднородны по сечению отливки.
Металл у поверхности обладает
большей твердостью и прочностью,
чем в осевой зоне поперечного се-
чения.
Прочность литой заготовки зави-
сит от температуры заливки, толщи-
ны стенки, способа изготовления и
характера охлаждения отливки в
форме. Существует оптимальная
температура заливки, обеспечиваю-
щая наиболее высокую прочность
благодаря достижению благоприят-
ных данных в условиях жидкотеку-
чести и скорости охлаждения.
С увеличением толщины стенки из-
за замедления скорости охлаждения
предел прочности литого металла
уменьшается (рис. 4.3), а общая
прочность заготовки повышается
(Л — область отбела)
4.7. Механические свойства и плотность бронзовой отливки
Свойство отливки Способ литья
В песча- ные фор- мы В кокиль Под дав- лением Центро- бежное
Предел прочности ав, МПа 250 270 315 385
Относительное удлинение 6, % 11,0 2,5 3,0 10,0
Твердость НВ 86 110 118 124
Плотность р, кг/м3 8410 8780 8770 8890
54
непропорционально увеличению толщины ее стенок. Подобным же
образом, изменяя скорость охлаждения, оказывает влияние на
прочность заготовки и способ ее изготовления (табл. 4.7).
4.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
4.3.1. Требования, предъявляемые к конструкции
отливок
При проектировании отливок необходимо стремиться выполнить
ряд требований.
1. Отливки должны иметь простое внешнее очертание с мини-
мальным числом ребер, выступов и внутренних полостей.
2. Конструкция отливки должна обеспечивать высокий уровень
ее служебных характеристик (прочность, жесткость, герметич-
ность и т. д.) при заданной массе и точности конфигурации.
3. Конструкция отливки должна учитывать взаимодействие от-
ливки с формой с тем, чтобы обеспечить правильное формирование
основных свойств отливки, т. е. плотности, структуры, механических
свойств, стабильности размеров и параметров шероховатости по-
верхности.
4. Конструкция отливки должна быть достаточно технологич-
ной, т. е. удобной для изготовления выбранным способом литья.
5. Конструкция отливки должна обеспечивать минимальное ко-
личество и протяженность мест обрубки и очистки, удобство осу-
ществления обрубки и очистки, удобство и минимальный объем
последующей механической обработки.
6. Базовые поверхности отливки должны иметь расположение,
удобное для обработки резанием.
7. Материал отливки должен быть достаточно технологичным
и экономичным при заданном способе литья.
8. Конструкция отливки при данных условиях изготовления
должна предусматривать минимальный расход металла.
9. Отливка должна быть компактной. Излишне крупные отлив-
ки желательно расчленить на несколько частей.
4.3.2. Разработка чертежа литой заготовки
Исходные данные для проектирования заготовки — чертеж гото-
вой детали, сведения о годовой программе выпуска, материале
детали, ее назначении и др. При разработке чертежа литой заго-
товки прежде всего следует оценить ее технологичность. Для этого
необходимо прежде всего внимательно изучить конструкцию де-
тали, при возможности, упростить ее конфигурацию. Необходимо
оценить возможность получения внутренних полостей, помня, что
55
увеличение количества стержней существенно повышает трудоем-
кость изготовления и сборки форм, увеличивает вероятность по-
явления брака по перекосу или искажению размеров из-за неточ-
ности установки стержней. Одновременно необходимо оценить и
при необходимости откорректировать толщину стенок, их сопря-
жения и переходы, ребра жесткости и др.
Правила обеспечения технологичности литых заготовок изло-
жены в п. 4.4. В соответствии с п. 4.1.2 следует установить класс
точности размеров и масс и группу технологической сложности
отливки.
Затем определяют минимально допустимую толщину стенки,
выбираемую в зависимости от материала отливки, его механиче-
ских и технологических свойств, от способа литья, конфигурации,
размеров и назначения отливки. Необходимо стремиться к мини-
мальной толщине стенок.Если толщина стенок завышена,это может
привести к появлению усадочных рыхлот, пористости и других де-
фектов. В конечном итоге по этой причине прочность стенок сни-
жается и увеличивается расход металла. Требуемую прочность и
жесткость стенок отливки следует обеспечивать за счет использо-
вания ребер жесткости. Если толщина стенок занижена, то отливку
трудно получить технологически (возможно незаполнение формы,
неслитины, трещины и т. п.). Кроме того, в отливках сложной
конфигурации с тонкими стенками за счет усадочных напряжений
могут появиться коробления и трещины.
Минимальная толщина стенок назначается так, чтобы обеспе-
чить необходимую расчетную прочность и удовлетворить требова-
ниям технологии выбранного способа литья. Наименьшую толщину
стенок определяют в зависимости от приведенного габарита заго-
товки:
N = (21 + b’+ h) /3, (4.5)
где /, &, h — соответственно длина, ширина и высота заготовки, м.
Для отливок, получаемых литьем в песчаные формы, минималь-
ную толщину стенок определяют по графикам (рис. 4.4). Если
приведенный габарит N окажется больше 8, толщину стенок при-
нимают для стальных и чугунных отливок соответственно не менее
40 и 30 мм. При N не более 0,1 минимальную толщину стенок при-
нимают: для алюминиевых сплавов — до 2 мм, для медных оловян-
ных сплавов — 2,5, для безоловянных сплавов — 4 мм.
В зависимости от условий охлаждения и материала отливки
в некоторых случаях в полученные толщины стенок вносятся опре-
деленные коррективы. Так, толщина внутренних стенок для чугун-
ных и алюминиевых отливок должна быть на 10...20 % меньше
толщины наружных стенок. Для отливок из модифицированного и
высокопрочного чугунов толщину стенок увеличивают на 15...20 %
56
по сравнению с отливками из серого чугуна. Если отливка изго-
тавливается из легированных сталей, толщину стенки увеличивают
на 20...30 % по сравнению с однотипными Отливками из углероди-
стых сталей.
Если полученная минимальная толщина стенки окажется боль-
ше указанной в чертеже, необходимо по согласованию с конструк-
тором произвести соответствующую корректировку. После этого
назначают напуски, допуски размеров, припуски на механическую
обработку, формовочные уклоны.
Напуски назначают на тех участках отливки, где отверстия,
впадины, полости и тому подобное получить способами литья труд-
но или невозможно. В случае необходимости напуски удаляются
затем механической обработкой.
Напуск можно назначать методом «теней» (рис. 4.5). Назначе-
ние напусков в «теневых» участках позволяет упростить техноло-
гическую оснастку, технологию изготовления и в конечном итоге
получить более качественные отливки.
Минимальный диаметр отверстий, выполняемых литьем, выби-
рают так, чтобы избежать сильного перегрева и пригара стержня
к стенкам отверстия. Возможность спекания стержневой смеси и
пригара определяется массой окружающего металла, поэтому ми-
нимальный размер литых отверстий зависит от толщины стенки
(т. е. длины стержня) и может быть определен по формуле:
rfmin == do'-f- 0,1s, (4.6)
где d0 — исходный диаметр, мм; s — толщина стенки, мм.
57
4.8. Допуски линейных размеров отливок
Номинальный Допуски размеров отливок , мм, не более,
размер, мм 1 2 | Зт 3 4 5т | 5 6 | 7т | 7(
1 До 4 0,06 0,08 0,10 0,12 0,16 0,20 0,24 0,32 г 0,40 0,50
“ 4...6 0,07 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,28 0,36 0,44 0,56
' 7...10 0,08 0,Ю 0,12 0,16 0,20 0,24 0,32 0,40 0,50 0,64
Ч1...16 0,09 0,П 0,14 0,18 0,22 0,28 0,36 0,44 0,56 0,70
< 17...25 0,Ю 0,12 0,16 0,20 0,24 0,32 0,40 0,50 0,64 0,80
‘ 26...40 * 0,11 0,14 0,18 0,22 0,28 0,36 0,44 0,56 0,70 0,90
Ml...63 0,12 0,16 0,20 0,24 0,32 0,40 0,50 0,64 0,80 1,00
64... 100 0,14 0,18 0,22 0,28 0,36 0,44 0,56 0,70 0,90 1,Ю~
101...160 0,16 0,20 0,24 0,32 0,40 0,50 0,64 0,80 1,00 1,20
161...250 — — 0,28 . 0,36 0,44 0,56 0,70 0,90 1,10 1,40
251...400 < М01...630 ' — — 0.32 0,40 0,50 0,64—.0,80 1,00 — — — — 0,56 0,70 0,~90—1ТП) 1,20 . И60 Т,40 1,80
и 631...1000 — — — — — 0,80 1,00 1,20 1,60 2,00
1001... 1600 — — — — — — — 1,40 1,80 2,20
1601...2500 2,00 2,40
2501...4000 — 3,20
4001...6300
6301... 10000
Исходный диаметр dQ на практике выбирается в зависимости
от материала отливки: для медных сплавов — 5 мм, для чугунов
и алюминиевых сплавов — 7, для сталей— 10 мм. Если указанный
в чертеже размер отверстия меньше полученного расчетом dmin,
отверстие литьем не изготавливают.
Допуски на линейные размеры отливок назначаются по ГОСТ
26645—85 (табл. 4.8) в зависимости от класса точности и номи-
нального размера. Допуски угловых размеров в пересчете на ли-
нейные не должны превышать установленных значений.
Допуски размеров элементов отливки, образованных одной
частью формы или одним стержнем, устанавливают на 1...2 класса
точнее, а элементов, образованных тремя и более частями формы
или несколькими стержнями, — на 1...2 класса грубее.
Для размеров элементов отливки (кроме толщин стенок), рас-
положенных в одной части формы и не подвергаемых механической
обработке, предпочтительно несимметричное одностороннее рас-
положение полей допусков «в тело», т. е. для охватывающих эле-
ментов (отверстие) — «в плюс», а для охватываемых (вал) —
«в минус». Для размеров всех остальных элементов отливок,
как не подвергаемых механической обработке, так и подверга-
емых, рекомендуется симметричное расположение полей допу-
сков. ,
Припуски на механическую обработку отливки (на сторону)
различают основные и дополнительные.
58
для классов точности размеров
8 1 9т 9 < 10 [ 11т н 1 >2 ! 1 13т | 13 14 1 15 1 16
0,64 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 —
0,70 0,9 1,1 1,4 1,8 2,2 2,8 — — — — —
0,80 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4 3,2 4,0 5,0 — — —
0,90 1,1 1,4 1,8 2,2 2,8 3,6 4,4 5,6 7 — —
1,00 1,2 1,6 2,0 2,4 3,2 4,0 5,0 6,4 8 10 12
1,10 1,4 1,8 2,2 2,8 3,6 4,4 5,6 7,0 9 11 14
1,20 1,6 2,0 2,4 3,2 4,0 5,0 6,4 8,0 10 12 16
1,40 1,8 2,2_ 2,8 3,6 4,4' 5,6 7,0 9,0 И 14 18
1,60 2,0 ЪГ 3,2‘ 4,0 5,0 6,4 8,0 10,0 12 16 2J
1,80 2,2 2,3- 3,6' 4,4 5,6 7,0 9,0 11,0 14 18 22
2,00 2,4 3,2 4,0 5,0 6,4 8,0 10,0 12,0 16 20 24
2,20 2,8 3,5 4,4 5,6 7,0 9,0 11,0 14,0 18 22 28
2,40 3,2 4,0 5,0 6,4 8,0 10,0 12,0 16,0 20 24 32
2,80 3,6 4,4 5,6 7,0 9,0 11,0 14,0 18,0 22 28 36
3,20 4,0 5,0 6,4 8,0 10,0 12,0 16,0 20,0 24 32 40
3,60 4,4 5,6 7,0 9,0 11,0 14,0 18,0 22,0 28 • 36 50
— 5,0 6,4 8,0 10,0 12,0 16,0 20,0 24,0 32 40 44
— — 8,0 10,0 12,0 16,0 20,0 24,0 32,0 40 50 64
Основные припуски (табл. 4.9) выбираются в зависимости от
допусков на соответствующий размер отливки и ряда припусков
(см. табл. 4.5). Под номинальным размером при установлении при-
пусков следует понимать номинальное расстояние между обрабо-
танной поверхностью и базой ее механической обработки, а при
обработке поверхностей вращения — их номинальный диаметр.
Из двух значений припуска, указанных в табл. 4.9 для каждого
,интервала допусков, меньшее устанавливается пои более грубых
квалитетах точности обрабатываемых поверхностей, большее —г
при более точных квалитетах. При повышенных требованиях к точ-
ности обрабатываемых поверхностей допускается увеличение ос-
новного припуска до ближайшего значения из того же ряда.
Полученные значения основных припусков относятся к поверх-
ностям отливки, находящимся при заливке сбоку или снизу. На
верхние при заливке поверхности допускается увеличение припуска
до значения, соответствующего следующему ряду припусков.
Дополнительный припуск на механическую обработку предна-
значен для компенсации отклонений расположения элементов от-
ливки: коробления, смещения по плоскости разъема и т. п. Его
назначают по табл. 4.10 в том случае, когда наибольшее из пре-
дельных отклонений превышает половину допуска на соответствую-
щий размер отливки. Предельные отклонения элементов отливок
приведены: смещения по плоскости разъема —в табл. 4.11, коро-
бления — в табл. 4.12.
59
Рис. 4.5. Определение напусков методом «теней»:
а — напуски не требуются; б — напуски необходимы (заштрихованные
участки)
Общий припуск на механическую обработку определяется как
сумма основного и дополнительного припусков.
Формовочные уклоны назначаются на вертикальных стенках
60
4.9. Основные припуски на механическую обработку отливок (на сторону)
Допуски разме- Основной припуск, мм, не более, для рядов
ров отливок,мм 1 1 2 3 4 1 5 1 6
До 0,12 0,2...0,4 — — <— —— —
0.13..Д16 0,3...0,5 0,6...0,8 —— — — —
0,17...0,20 0,4...0,6 0,7...0,1 1,0...1,4 — — —
0,21...0,24 0,5...0,7 0,8... 1,1 1,1...1,5 —— — —
0,25...0,30 0,6...0,8 0,9... 1,2 1,2...1,6 1,8...2,2 2Д.Д0 —
0,31...0,40 0,7...0,9 1,0... 1,3 1,4...1,8 1,9...2,4 2,8...3,2 —
0,41..Д50 0,8...1,0 1,1...1,4 1,5...2,0 2Д..2,6 3,0...3,4 —
0,51...0,60 0,9...1,2 1д2.е.1,6 1,6...2,2 2,2...2,8 3,2...3,6 —
0,61...0,80 1,0...1,4 1,3... 1,8 1,8...2,4 2,4...3,0 3,4...3,8 4,4...5,0
0,81...1,00 1,1...1,6 1,4...2,0 2,0...2,8 2,6...3,2 3,6...4,0 4,6...5,5
1,01...1,20 1,2...2,0 1,6...2,4 2,2...3,0 2,8...3,4 3,8...4,2 4,8...6,0
1,21...1,60 1,6...2,4 2,0...2,8 2,4...3,2 3,0...3,8 4,0...4,6 5Д.Д5
1,61...2,00 2,0...2,8 2,4...3,2 2,8...3,6 3,4...4,2 4,2...5,0 5,5...7,0
2,01...2,40' 2,4...3,2 2,8...3,6 3,2...4,0 3,8...4,6 4,6...5,5 6,0...7,5
2,41...3,00 2,8...3,6 3,2...4,0 3,6...4,5 , 4,2...5,0 5,О..Т6^ 6,5...8,0
3.01...4,00 4,01. ..5,00 3,4...4,5 ‘ 4,0...5,5 4,4...6,0 ~ 5Д..6.5 <!^^5 —ДД..7.СР 6Д..8Д 7,0...9,0 8,0... 10,0
5,01...6,00 5,0...7,0 5,5...7,5 6,0...8,0 6,5..‘.8,5 7,0.:.9,5 9Д..11,0
6,01...8,00 — 6,5...9,5 7,0...10,0 7Д..11,5 8,5...12,0 10Д..13,0
8,01...10,00 — — 9,0...12,0 10,0...13,0 11,0...14,0 12,0...15,0
10,10...12,00 — — 10,0...13,0 11,0...14,0 12,0...15,0 13,0...16,0
12,10...16,00 — — 13,0...15,0 14,0...15,0 15,0... 17,0 16,0...19,0
16,10...20,00 — — — 17,0...20,0 18,0...21,0 19,0...22,0
20,10...24,00 — — — 20,0...23,00 21,00...24,0 22,0...25,0
24,10...30,00 — — — — 26,0...29,0 27,0...30,00
30,10...40,00 — — — — — 34,0...37,0
40,10...50,00 — — — — — 42,0
50,10...60,00 — — — — — 50,0
отливки с целью облегче-
ния удаления модели из
формы и стержня из
стержневого ящика. Укло-
ны устанавливаются по
ГОСТ 3212—80 в зависи-
мости от размеров углуб-
лений, высоты формооб-
разующей поверхности,
способа литья и вида
модельного комплекта
(табл. 4.13). На обраба-
тываемых поверхностях
уклон устанавливается
Рис. 4.6. Формовочные уклоны
61
4.10. Дополнительные припуски на механическую обработку отливок (на сторону)
Допуски раз- меров отли- вок, мм Наибольшая пог- решность распо- ложения, мм Дополни- тельный припуск, мм Допуски раз- меров отли- вок, мм Наибольшая пог- решность распо- ложения, мм Дополни- тельный припуск, мм
До 0,06 До 0,12 0,1 1,2.. Л ,6 1,6...2,0 1,2
0,06...0,08 0,03...0,12 0,1. 2,0...2,4 2,0
— 0.12...0.16 0,2 0,6.. .1,0 П 9
0,08...0,10 0,04...0,16 0,1 1Д...1,2 0,3
0,16...0,20 0,2 1,2...1,6 n’fi
0Д0...0Д2 .0,05...0,16 0,1 1,6...2,0 v,U 1 0
0,16...0,24 0,2 2,0...2,4 Гб
0,12...0,16 0,06...0,20 0,1 2,4...3,0 2,4
0,20...0,30 0,2 1,6...2,0 0,8.„1,2 0^2
0,16...0,20 0,08...0,20 0,1 1,2...1,6 0^3
0,20.0,30 0,2 1,6.„2,0 0,8
0,30.0,40 0,3 2,0...2,4 Г,2
0,20...0,24 0.10...0.24 0,1 2,4...3,0 2Д
0,24...0,40 0,2 3,0...4,0 3,0
0,40...0,50 0,4 Свыше 2,0 Свыше/ 1,0 о’з
0,24...0,30 0,12...0,24 0,1 до 2,4 ДО 1,6
0,24...0,40 0,2 1,6...2,0 0,4
0,40...0,50 0,3 2,0...2,4 1,0
0,50...0,60 0,5 2,4...3,0 1,6
0,30...0,40 0,15...0,30 0,1 . 3,0...4,0 2,4
0,30...0,40 0,2 4,0...5,0 4Д
0,30...0,40 0,40...0,50 0,3 2,4...3,0 . 1,2...2,0 о’з
0,50.„0,60 0,4 2,0...2,4 0,5
0,60...0,80 0,6 2,4...3,0 12
0,40...0,50 0,20...0,40 0,1 3,0.„4,0 2Д
0,40...0,50 0,2 4,0...5,0 ЗД
0,50.„0,60 0,3 5,0.„6,0 5,0
0,60...0,80 0,5 3,0...4,0 1,5...2,4 0,4
0,80...1,00 0,8 2,4...3,0 0^6
0,50...0,60 0,25...0,50 0,1 3,0...4,0 1,6
0,50...0,60 0,3 4,0...5,0 2,4
0,60.„0,80 0,4 5,0...6,0 4,0
0,80...1,00 0,5 6,0...8,0 5,5
1,00... 1,20 1,0 4,0...5,0 2,0...3,0 0,5
0,60..,0,80 0,30...0,50 0,1 3,0...4,0 0,8
0,50...0,60 0,2 4,0.„5,0 2,0
0,60...0,80 0,4 5,0...6,0 3,0
0,80..Л ,00 0,5 6,0...8,0 5,0
1,00.. Л ,20 0,8 8,0...10,0
1,20...1,60 1,2 Свыше 5,0 Свыше 2,5 7,0
0,8...1,0 0.4..Д6 0,1 до 6,0 до 4,0 0,6
0,6...0,8 0,2 4,0.„5,0 1,0
0,8.. .1,0 0,4 5,0...6,0 2,4
1,0.. Л ,2 0,6 6,0...8,0 4,0
Свыше 0,8 Свыше 1,2 8,0...10,0 5,5
до 1,0 до 1,6 1,0 6,0...8,0 10,0...12,0 8,0
1,6...2,0 1,6 3,0...5,0 0,8
0,5...0,8 0,2 5,0...6,0 1,2
6,0...8,0 3,5
62
Продолжение табл. 4.10
Допуски раз- меров отли- вок, мм Наибольшая пог- решность распо- ложения, мм Дополни- тельный припуск, мм Допуски раз- меров отли- вок, мм Наибольшая пог- решность распо- ложения, мм Дополни- тельный припуск, мм
1,0...1,2 0,8...1,0 1,0...1,2 0,3 0,5 | 1.0...1.2 8,0...10,0 10,0...12,0 5,0 7,0
1,2...1,6 0,8 12,0...16,0 11
Примечание. При больших значениях допусков размеров отливок следует поль
зоваться табл. 7 ГОСТ 26645—85.
4.11. Предельные отклонения смещения элементов отливки по плоскости разъема
Расстояние между центрирующими устройствами формы, мм Предельные отклонения смещения, ±мм, не более, для классов точности размеров отливок
1...3 4...5т 5...6 7т...7 8...9т 9...10 Нт...11 12...131 13...14 15...16
До 630 0,24 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1.0 1,2 1,6 2,0 630...1600 0,30 . 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4 1600...4000 0,40 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4 3,0 св. 4000 0,50 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 2,4 3,0 4,0
4.12. Предельные отклонения коробления элементов отливок
Интервалы наи- больших габарит- Предельные отклонения коробления, ± мм, для степеней коробления отливок
ных размеров
отливки, мм 1|2|з|4|5|б|7|8|9|10
До 100 100...160 — — Г-- — 0,10 0,16 0,10 0,16 0,24 0,24 0,40 0,4 0,6 0,6 1,0
160...240 — — — 0,10 0,16 0,24 0,4б 0,60 1,0 1,6
240...400 — — 0,10 0,16 0,24 0,40 0,60 1,00 1,6 2,4
400...630 — 0,10 0,16 0,24 0,40 0,60 1,00 1,60 2,4 4,0
630...1000 0,10 0,16 0,24 0,40 0,60 1,00 1,60 2,40 4,0 6,0
1000...1600 0,16 0,24 0,40 0,60 1,00 1,60 2,40 4,00 6,0 10,0
1600...2400 0,24 0,40 0,60 1,00 1,60 2,40 4,00 6,00 10,0 16,0
2400...4000 — 0,60 1,00 1,60 2,40 4,00 6,00 10,00 1.6,0 24,0
4000...6300 — — 1,60 2,40 4,00 6,0010,00 16,00 24,0 40,0
6300... 10000 — — — 4,00 6,0010,0016,00 24,00 40,0 60,0
Примечания. 1. При отношении наименьшего габаритного размера элемента от-
ливки к наибольшему свыше 0,20 назначается степень коробле-
ния 1...7, при 0,20...0,10 — 2...8, при 0,10...0,05—3...9, при отноше-
нии до 0,05—4... 10.
2. Меньшие значения степеней коробления относятся к простым
отливкам из легких цветных сплавов; большие значения — к
сложным, термообрабатываемым отливкам из черных сплавов.
63
- 4.13. Формовочные уклоны модельного комплекта
Высота основной формообразующей поверхности Лн или Лв , мм (см. рис 4.6) Формовочный уклон
при применении песчаногли- нистых смесей и комплекта при применении смесей, твердеющих в контакте с оснасткой,и комплекта для литья по выплавляемым моделям
металличес- кого, пластма- ссового деревянного । ° и VO ф о s $5 о * а> о о ° s * ч-е* металличес- кого пластма- ссового деревянного для наруж- ных (охваты- ваемых) по- верхностей для внутрен- них (охваты- вающих) по- верхностей
d<h <T>h d<h d>h
До 10 2°17' 4°34' 2°54' 5°45' 1°43' 3°26' 4°00' 0°30' 1°30'
10...18 1°3б' 3°11' 1с54' 3°49' Г16' 2С32' 2°52' 0°20' 1с00'
19...30 Г09' 2°40' 1°31' 3°03' 0°57' 1°54' 2° 17' 0°15' 0°45'
31...50 0с48' 1°42' 1°Q2' 2°05' 0°41' 1°16' 1с29' 0°15' 0°45'
51...80 0°34' 1°13' 0°43' 1°26' 0°30' 0°54' 1°04' 0°10' 0°30'
81...120 0°26' 0°54' 0°32' 1°03' 0°23' 0°40' О°46' 0°10' 0°30'
121...180 0°19' 0°38' 0°23' 0°46' 0°17' 0°29' 0с34' — —
181...250 0°19' Ос3‘7' 0°22' 0*44' 0°14' 0°28' 0°33' — —
251...315 0°19' 0с37' 0°22' 0°44' 0°14' 0°27' 0°33' — —
316...400 0°18' 0°36' 0°2Г 0°43' — 0°26' 0°32z — —
401...500 0°17' 0°35' 0°2Г 0°41' — 0с26' 0с31' — —
501...630 0е 17' 0°33' 0°19' 0°38' — 0°24' 0°29' — —
630...800 0°1б' 0°32' 0°19' 0°38' — 0°24' 0°29' —
801...1000 — — 0°19' 0°38' — — 0°29' — —
1001...1250 — — 0°19' — — — 0с29' — —
1251...1600 — — 0°19х — — — 0°29z — —
1601...2000 — — 0°19' —. — — 0°28' — —
2001...2500 — — 0°19' — — — 0°28' — —
Более 2500 — — 0°19' — — — 0°28' — —
сверх припуска на механическую обработку (рис. 4.6, а), на не-
обрабатываемых и несопрягаемых поверхностях — путем одновре-
менного увеличения и уменьшения размеров отливки (рис. 4.6, в),
на необрабатываемых, но сопрягаемых поверхностях — путем
уменьшения или увеличения размеров (рис.
4,6, б, г).
Формовочные уклоны могут искажать
форму необрабатываемых поверхностей
(рис. 4.7), поэтому на чертеже литой заго-
товки целесообразно их показывать. Обра-
зование уступов не следует допускать.
Рис. 4.7. Пример искажения конфигурации детали
формовочным уклоном:
а — прочерчивание уклона при проектировании уклона мо-
дели; б — фактическая конфигурация литой детали после
механической обработки
64
После формирования кон-
тура отливки в местах пере-
хода от одного элемента к
другому назначают радиусы
закруглений, которые в зна-
чительной степени определя-
ют качество литой заготов-
ки. Слишком малые радиу-
сы в сопряжениях стенок
ведут к трещинам, завышен-
ные — к появлению усадоч-
ных рыхлот.
Радиусы закруглений в
сопряжениях в зависимости
от материала отливки, тол-
щины сопрягаемых стенок и
угла, образованного между
ними, выбирают по графи-
кам (рис. 4.8). Соотношения
сопрягаемых элементов, а
также радиусы закруглений
наружных углов следует
брать по соответствующим
таблицам в справочниках
[2, 32].
При проектировании от-
ливки необходимо учитывать
ее положение в форме. Она
должна располагаться так,
чтобы обеспечить спокойное
заполнение формы без раз-
рушения струей металла от-
дельных участков формы
или стержней. Конструкция
формы должна обеспечивать
направленную кристаллиза-
цию отливки снизу вверх с
тем, чтобы усадочные рако-
Рис. 4.8. Графики определения радиусов
закруглений R по средней толщине стенки
$+$i
------- при сопряжении элементов от-
2
ливок:
а — из стали и медных сплавов; б — из чу-
гуна, алюминиевых и магниевых сплавов
вины, примеси, неметаллические включения выводились в части
отливки, удаляемые при обрубке и очистке (выпоры, прибыли,
припуски на механическую обработку). В связи с этим, чтобы
уменьшить дефекты, массивные и ответственные элементы отливок
следует располагать в нижней половине формы, в крайнем слу-
чае — вертикально. Поверхности, связанные между собой точными
эазмерами, рекомендуется располагать в одной половинке формы
437
65
(желательно в нижней), чтобы не возникло искажений из-за сме-
щения полуформ при сборке.
Отливки, имеющие удлиненные продольные размеры, патруб-
ки, пустотелые коробки, рамы, плиты следует располагать так,
чтобы более протяженный габарит был горизонтальным. В этом
случае поверхность разъема (или опоры) модели будет иметь бо-
лее удобное (горизонтальное) положение.
Элементы отливок с малой и равномерной толщиной стенок
следует располагать в верхней части формы для обеспечения хо-
рошего подвода металла соответствующей конструкцией питателей.
Тонкостенные элементы отливок желательно располагать верти-
кально или наклонно, чтобы в них не скапливались газовые пузы-
ри. Детали типа тел вращения рекомендуется формовать с верти-
кальным расположением оси вращения, чтобы обеспечить верхний
отвод газов из стержней. Отливку в форме следует располагать
так, чтобы общая высота формы была минимальной, а полуформы
имели примерно одинаковую высоту. '
4.3.3. Правила выбора баз
База — это поверхность (сочетание поверхностей), ось, точка,
принадлежащие заготовке и используемые для базирования, т. е.
придания ей требуемого положения относительно выбранной систе-
мы координат. Различают базы черновой и чистовой механической
обработки.
Черновыми базами обычно служат необрабатываемые поверх-
ности или их оси. От этих баз проставляются размеры до осталь-
ных необрабатываемых или базовых обрабатываемых поверх-
ностей.
Желательно, чтобы оба вида баз совпадали, т. е. были в одной
плоскости, являлись общей осью поверхности и т. п. Если это не-
возможно, делают специальные технологические приливы, поверх-
ности которых принимают за базы. Если черновые и чистовые базы
механической обработки различны, то они связываются между со-
бой размерами, при этом расстояние между ними должно быть ми-
нимальным.
В деталях простой конфигурации базами могут быть различ-
ные опорные поверхности, плоскости разъема, для более слож-
ных — оси цилиндрических поверхностей.
При выборе баз черновой обработки необходимо учитывать сле-
дующие рекомендации.
1. Размеры черновой базы должны быть по возможности мини-
мальны. В этом случае ее коробление и допускаемые отклонения
на базовый размер будут также минимальны.
66
2. Точность сборки литей-
ной формы не должна вли-
ять на точность положения
черновой базы.
3. Черновые базовые по-
верхности не должны пере-
секаться линией разъема
полуформ (должны распо-
лагаться в одной полуфор-
ме), чтобы избежать их ис-
кажения при перекосах и
смещениях полуформ.
4. По каждой из трех
осей координат следует на-
значать только одну базу.
5. Предусмотреть, чтобы
каждая база использова-
лась для выполнения мак-
Рис. 4.9. Расположение черновых баз (I—I,
II—II, III—III) и баз чистовой механичес-
кой обработки (Г—ГДГ—1Г, III'—ИГ)
симального числа операций
механической обработки.
В этом случае обеспечива-
ется наибольшая точность
изготовления изделия.
На рис. 4.9 показан пример выбора баз черновой обработки.
Черновой базой I—I служит ось симметрии двух смежных цилинд-
ров, а базой II—II — ось поверхностей большего по длине цилинд-
ра. Эти две базы позволяют получить более точные по размерам
поверхности отливки. Третьей базой служит необрабатываемая
литая поверхность III—III. Выбранные базы черновой обработки
обеспечивают надежную установку и фиксацию заготовки при ме-
ханической обработке.
База механической обработки Г-Г совпадает с соответствующей
чистовой базой. Базы 1Г-1Г и ПГ-ПГ не совпадают с черновыми
базами и связаны с ними размерами а и Ь.
4.3.4. Оформление чертежа литой заготовки
Чертеж литой заготовки выполняется в соответствии с правила-
ми ЕСКД. Чертеж отливки должен содержать все данные, необхо-
димые для изготовления, контроля и приемки отливки. Исходным
документом является чертеж готовой детали. В единичном произ-
водстве чертеж отливки делают на копий4 чертежа детали, при этом
элементы отливки выполняются красным цветом.
Вначале на чертеже детали указываются напуски. Затем на
все обрабатываемые поверхности назначают припуски, определен-
ные в соответствии с приведенными выше правилами.
3*
67
0
0
Ф___
0
1. неуказанные: формовочные
уклоны...
литейные радиусы...
2. смещение по линии разъема
допускается до...
з. на необрабатываемых
поверхностях допускаются
раковины до...и глубиной
не более... толщины стенки
k. Точность отливки
... ГОСТ 26605-85
Як
Рис. 4.10. Пример оформления чертежа отливки
После определения положения отливки в форме и линии разъ-
ема формы устанавливают литейные уклоны и назначают радиусы
скруглений.
С учетом возможных формы, размеров и положения стержней
определяются конфигурация и размеры внутренних поверхностей
(отверстий).
В серийном и массовом производствах на литую заготовку вы-
полняют самостоятельный чертёж, на котором тонкими сплошными
линиями (рис. 4.10) указывают контур обрабатываемых поверх-
ностей, а также отверстий, впадин и выточек, не выполняемых
литьем.
Остатки питателей, выпоров, прибылей и других подобных эле-
ментов, если они не удаляются полностью в литейном цехе, также
изображаются на чертеже отливки. При этом, если они обрезаны
резцом, фрезой или пилой, линия отрезки изображается сплош-
ной тонкой прямой линией; если огневой резкой или обламыва-
нием — то волнистой.
68
При простановке размеров с комплектом черновых баз связы-
вают соответствующие необрабатываемые поверхности; при этом
следует избегать простановки размеров цепочкой. Если невозможно
каждый из размеров связать с черновой базой, необходимо стре-
миться к тому, чтобы число дополнительных размеров было мини-
мальным.
По каждой из трех осей координат необходимо связать черно-
вую базу с соответствующей базой чистовой обработки только од-
ним размером. В противном случае при простановке между обраба-
тываемой и необрабатываемой поверхностями по одному коорди-
натному направлению двух и более размеров их допуски суммиру-
ются. В качестве замыкающего размера обычно выбирается толщи-
на фланца, прилива или другого неответственного элемента, ко-
торая будет колебаться в пределах суммы допусков на цепочку
размеров.
Все обрабатываемые поверхности рекомендуется связать с ба-
зой чистовой механической обработки. Связывать с ней необраба-
тываемые поверхности нежелательно.
4.3.5. Назначение технических условий
В технических условиях на отливку необходимо указать сле-
дующие требования.
1. Класс точности размеров, класс точности массы, степень ко-
робления и ряд припусков на механическую обработку. Для раз-
ных размеров одной и той же отливки допускается применение
различных классов точности в зависимости от требований, предъ-
являемых к соответствующим поверхностям, и условий их полу-
чения.
2. Неуказанные на чертеже радиусы закруглений, формовочные
уклоны и т. п.
3. Допускаемое смещение опок (чаще всего указывается на чер-
тежах крупных корпусных деталей).
4. Требования к материалу отливки или сведения о допускаемом
его заменителе.
5. Указания по виду термической обработки, установленные
пределы твердости, методы и место ее замера.
6. Сведения о виде, количестве, размерах и местах расположе-
ния допускаемых литейных дефектов (усадочная пористость, ра-
ковины, трещины и т. п.). Если разрешается устранение определен-
ных дефектов, то указываются их виды и допускаемые способы
устранения.
В случае необходимости указываются дополнительные требова-
ния: по допускаемой глубине отбела для отливок из чугуна; макро-
и микроструктуре; жаростойкости или коррозионной стойкости;
69
герметичности и т. п. В этом случае дополнительно указываются
методы контроля и нормы отбраковки отливок по соответствующим
показателям.
Для достаточно больших отливок указываются место маркиров-
ки детали, ее характер, а также содержание и шрифт марки-
ровки.
4.3.6. Пример проектирования литой заготовки
Необходимо спроектировать литую заготовку для детали, пред-
ставленной на рис. 4.11. Материал детали — сталь 40ХЛ, масса —
10,1 кг, годовая программа выпуска — 500 шт.
Для изготовления отливки выбираем литье в песчаные формы.
Чтобы уменьшить высоту формы, ось отливки при формовке рас-
полагаем горизонтально. В соответствии с 4.1.2 для проектируе-
мой отливки определяем группу сложности — 2 и назначаем класс
1 .сермоодрадотать до твердости зз,5...3б,о hrc3
2. неуказанные радиусы R5
3.Неуказанные предельные отклонения балов hi2,отверстий Н12,
прочих ±IT 12/2 по ГОСТ 25347'82
4. Материал -сталь 4ох
Рис. 4.11. Чертеж детали
70
225
I. твердость 280...320 нВ
2. Неуказанные формовочные уклоны 3'99', литейные радиусы R5
з. смещение по линии разъема допускается до о.в
4. на необрабатываемых поверхностях допускаются раковчЯЫ вофв
и глубиной не более 0,5 нм
блочность отливки 9...9...5..а ГОСТ 26695-85
б. Материал-сталь 90 хл
Рис. 4.12. Чертеж литой заготовки детали
точности — 9. По формуле (4.5) определяем приведенный габарит-
ный размер заготовки W = 0,287 м, а затем по графику (см.
рис. 4.4) — минимальную толщину стенки: 8 мм. Следовательно,
все стенки заготовки могут быть изготовлены литьем.
Минимальный диаметр отверстия, полученный по формуле (4.6),
показывает, что литьем может быть изготовлено лишь центральное
отверстие: dmjn = 29,5 мм. Для отверстий во фланце 0 12 мм
получено dmin = П,2 мм. Изготовить их литьем невозможно, так
как припуск (на сторону) в этом случае составляет 2,0...2,5 мм,
а значит диаметр литого отверстия должен быть 7...8 мм. В данном
случае на отверстия 0 12 мм назначаем напуск.
71
Определяем допуски на размеры для 9 класса точности по
табл. 4.8: 0 215, I = 215±0,3 и 0165 — 2,8 мм, 0 135 — 2,4 мм,
0 75 — 2,2 мм, 0 45 — 2,0 мм, I = 22—1,6 мм, I = 10—1,2 мм.
По табл. 4.5 выбираем ряд припусков для проектируемой от-
ливки— 4. С учетом полученных допусков, выбранного ряда при-
пусков и требуемой точности размеров обрабатываемых поверхно-
стей выбираем по табл. 4.9 припуски на механическую обработку:
0 215, I = 215±0,3...5 мм, 0165 — 6,5 мм, 0 45 — 4,2 мм, 1 =
— 22...3 мм, I = 10...2,8 мм.
В соответствии с полученной высотой уступов по табл. 4.13
выбираем формовочные уклоны (3°03' и 3°49'), а по графикам
рис. 4.8 — радиусы закруглений. С учетом требований чертежа
детали в данном случае можно для всех сопряжений установить
радиус закругления — 5 мм.
По полученным данным определяем номинальные размеры от-
ливки и оформляем чертеж литой заготовки (рис. 4.12). Общей
базой черновой и чистовой механической обработки служит ось за-
готовки. За вторую чистовую базу выбран торец поверхности
0 135 мм, который обеспечивает надежную фиксацию заготовки в
основном направлении при механической обработке. В качестве
второй базы чистовой обработки выбран левый торец заготовки, ко-
торый обрабатывается при базировании на черновые базы.
В п. 5 ТУ чертежа приведено условное обозначение точности
отливки: 9 — класс точности размеров и массы, 5 — степень ко-
робления, 4— ряд припуска на механическую обработку.
Расчетная масса литой заготовки — 13,8 кг.
4.3.7. Особенности проектирования заготовок,
изготавливаемых специальными способами литья
Проектирование заготовок, изготавливаемых специальными
способами литья, в общих чертах определяется ГОСТ 26645—85
(классы точности, допуски, припуски) и выполняется в соответст-
вии с п. 4.3.2. Основные отличия касаются толщийы стенок, уклонов
и предельных размеров отверстий. Так, минимальная толщина
стенки определяется ее площадью, материалом отливки и спосо-
бом литья. Уклоны часто связаны не с изготовлением формы, а с
извлечением отливки из многоразовой формы. Необходимые для
проектирования данные приводятся в справочной литературе [2,
8, 32].
В каждом конкретном случае необходимо учитывать особенно-
сти данного способа литья, связанные с его технологическими
возможностями (см. п. 4.1.1). Например, при проектировании от-
ливки, изготавливаемой литьем под давлением, важнейшей зада-
чей является определение плоскости разъема пресс-формы и воз-
72
можности формирования отверстий с помощью подвижных (или
неподвижных) стержней. Кроме того, в этом случае важно обеспе-
чить одновременное затвердевание металла по всем сечениям от-
ливки. Это достигается созданием равностенной конструкции с ми-
нимальной толщиной стенки. Если заготовку получают литьем по
выплавляемым моделям, следует избегать внутренних полостей,
карманов и т. п., усложняющих изготовление моделей или тре-
бующих применения стержней. При литье в оболочковые формы
необходимо обеспечить плоский разъем формы, что удешевляет
ее изготовление и увеличивает точность соединения половинок
при сборке формы.
4.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ОТЛИВОК
При оценке технологичности отливки с точки зрения ее формы
и размеров следует стремиться к упрощению как наружных, так
и внутренних поверхностей. Необходимо избегать излишне высту-
пающих или западающих поверхностей, проверяя их наличие с по-
мощью правила «теней».
Толщины стенок и конструктивные уклоны должны назначать-
ся в зависимости от назначения стенок, механических и технологи-
ческих свойств материала и с учетом условий, указанных в п. 4.3.2..
Если литейные уклоны не показаны на чертеже, необходимо про-
верить, не искажают ли они конфигурацию отливки. Желательно,
чтобы габаритные размеры отливки были минимальными, особенно
по высоте, так как в противном случае затруд-
няется процесс изготовления формы.
Конструкция отливки должна позволять из-
готовление литейной формы с минимальным
числом разъемов. Конфигурация и расположе-
ние стержней в форме должны обеспечивать
свободный выход газов из стержней. Число
стержней в форме должно быть минимальным
Рис. 4.14. Схема на-
правленного затверде-
вания металла:
Рис. 4.13. Конструкция отливки кронштейна:
а — нетехнологично; б — технологично; 1, 3 — номера стер-
жней; 2 — жеребейка
а — нетехнологично; б —
технологично; 1,2 — уса-
дочные рыхлоты; 3 —
прибыль
73
(рис. 4.13). Установка стержней в форме на жеребейках нежела-
тельна, поскольку жеребейки не всегда хорошо свариваются с ос-
новным металлом.
При организации направленной кристаллизации снизу вверх
получают плотную отливку без усадочных раковин и пористости.
Это достигается в основном за счет установки прибылей. Однако
они приводят к усложнению формовки и увеличению расхода ме-
талла. Одновременно повышается опасность возникновения трещин.
Усадочные раковины и рыхлоты образуются в отливке из-за
некомпенсированной усадки в процессе кристаллизации. Она мо-
жет возникнуть при неправильном распределении массы металла
по сечению отливки. Для того чтобы избежать этого дефекта, про-
изводят проверку конструкции стенки методом «вписанных окруж-
ностей» (рис. 4.14). Суть его заключается в том, что по мере при-
ближения фронта кристаллизации к прибыли диаметр окружности,
вписанной в сечение отливки, должен увеличиваться. Иными сло-
вами, любая вписанная окружность должна беспрепятственно «вы-
катываться» в направлении прибыли.
Иногда для обеспечения технологичности используют принцип
одновременной кристаллизации, который заключается в том, что
все стенки отливок — от нижней части до верхней — имеют одина-
ковую толщину и застывают практически одновременно. Этот
принцип применяется в основном для мелких и средних отливок
с тонкими стенками из сплавов с небольшой усадкой. Однако при
5/5, «2
Рис. 4.15. Лобовое сопряжение стенок
74
4,14. Формы L-образного (углового) сопряжения
характер
сопряжения
Эскиз и величина
радиуса R
характер
сопряжения
Эскиз и величина
радиуса я
01*75...105*
S--1J5S,
(Х--75...1059
$>1,25$,
Р<75Л
Rzr+s^r+s^h
sjst h t
Сталь и медные сплавы Чугун, алюминий и магниевые сплавы
<1,25
1,25.. Л ,80
1,8...2,5
>2,5
0
s—«1
0,8 (s—$i)
0,7(5—50
>5А
>46
этом не всегда обеспечивается высокая прочность и плотность
отливки. Плавный переход от тонких сечений к толстым и пра-
вильное сопряжение стенок позволяет получить качественную от-
ливку без литейных дефектов и коробления стенок.
При лобовом сопряжении стенок различной толщины отноше-
ние толщин стенок не должно превышать 4:1. Если отношение
толщин сопрягаемых стенок s/si 2, то сопряжение выполняется
75
4,15. Формы Т-образного (таврового) сопряжения
is/.?! h t
Сталь и медные 4 сплавы Чугун, алюминиевые и магниевые сплавы
<1,25
1,25... 1,80
1,8...2,5
>2,5
0
0,5 (s—Si)
0,4 (s—$i)
0,35 (s—$i)
>10Л
\ >8/i
с помощью радиусов закруглений (рис. 4.15). В зависимости от
типа сплава радиус закругления
/? = (0,3...0,4) (s —sO. (4.7)
Такое сопряжение выполняется и при s/si > 2, если деталь не
испытывает ударных нагрузок. Если деталь подвержена ударам,
переход выполняют в виде клина (рис. 4.15). При этом длина пе-
реходного участка
/>4(s —st), (4.8)
для отливок из чугуна, магниевых и алюминиевых сплавов и
/>5($ — st) (4.9)
для отливок из стали и медных сплавов.
76
Рис. 4.16. К-образные и крестообразные сопряжения стенок:
а — нетехнологично; б — технологично; / — усадочная рыхлота; 2 — разгрузочное отвер-
стие
Рациональные соотношения размеров угловых и Т-образных
(тавровых) сопряжений приведены в табл. 4.14 и 4.15. Радиусы
закруглений внутренних углов г определяют по графикам (см.
рис. 4.8).
Необходимо отметить, что угловое сопряжение при правильном
конструировании имеет наименьшую склонность к образованию
усадочной раковины. Тавровое же сопряжение наиболее опасно
в этом отношении, особенно при наличии острых углов, большой
разнице толщин сопрягаемых стенок и больших радиусах закруг-
лений, так как. все эти факторы создают большие скопления ме-
талла и неблагоприятные условия охлаждения и кристаллизации.
К-образные и крестообразные сопряжения стенок создают в мес-
тах пересечений большое скопление металла (рис. 4.16). Из-за за-
медления охлаждения в этих местах возникает опасность образова-
ния усадочных рыхлот. В этом случае скопление металла необходи-
мо рассредоточить путем смещения стенок, местного утонения,
уменьшения радиуса закругления и т. п.
В связи с тем что у литых конструкций необходимо обеспечить
минимальную толщину стенок, для повышения прочности и жест-
кости отливок следует применять оребрение нагруженных стенок.
Однако это ведет к увеличению концентрации напряжений, а в
местах пересечения ребер со стенками — к скоплению излишнего
металла. Поэтому для обеспечения технологичности конструкции
отливки необходимо обеспечить свободную деформацию ребер при
усадке, для чего ребра должны располагаться перпендикулярно
к плоскости разъема формы.
Толщина наружных ребер жесткости не должна превышать 0,8,
а внутренних — 0,6 толщины сопряженной стенки. Высота ребер
не должна превышать пятикратной толщины стенки.
Для уменьшения скопления металла в местах пересечения ребер
следует избегать их крестообразного пересечения. Более техноло-
гичным является шахматное и сотообразное расположение ребер
77
Рис. 4.17. Размещение ребер:
а — крестообразное; б •— шахматное; в — сотообразное
а 5
Рис. 4.18. Пересечение не-
скольких ребер в одном узле:
а — нетехнологично; б — тех-
нологично
Рис. 4.19. Ребро жесткости на
стыке двух стенок:
а — иетехнологично; б *— технологич-
но
(рис. 4.17). Последнее обеспечивает наиболее равномерное рас-
пределение остаточных напряжений как в процессе остывания от-
ливки, так и во время эксплуатации. Однако такая отливка не-
сколько сложнее и дороже в изготовлении.
Во избежание усадочных рыхлот и раковин при пересечении
ребер в одном узле необходимо рассредоточить металл за счет
применения кольцевого ребра или цилиндрического углубления
в центре пересечения (рис. 4.18).
Если ребро жесткости соединяет две перпендикулярные стенки,
то для уменьшения скопления металла в месте стыка рекоменду-
ется предусмотреть в ребре литое отверстие, а самому ребру при-
дать криволинейную форму (рис. 4.19).
Для уменьшения усадочных напряжений в стенках литых де-
талей, особенно в стенках большой протяженности, необходимо
предусматривать окна (или отверстия 1) круглой или овальной
формы (рис. 4.20,а). Причем размеры окон должны быть макси-
мально возможными.
Во избежание горячих и холодных трещин края литых необра-
батываемых отверстий упрочняются отбортовкой. Рекомендуемые
размеры отбортовок приведены в справочной литературе [2, 32].
78
Одновременно не следует допускать
излишнего скопления металла в местах
перехода к фланцам 2, ушкам 3 возле
отверстий (рис. 4.20, б).
При проектировании расположения
отверстий (окон) в стенках литых за-
готовок необходимо сразу же оценить
возможность изготовления стержней
в этом месте, надежного крепления их
в форме и выхода газов из стержня.
При изготовлении литых заготовок
маховиков, шкивов, зубчатых колес
возникновение коробления и трещин
связано с различной скоростью охлаж-
дения обода, ступицы и спиц. Если
обод массивный и охлаждается мед-
Рис. 4.20. Конструкция окон в
стенках:
а — технологично; б — нетехноло-
гично; 1 — окно; 2 — фланец; 3 —
ушко
леннее спиц, в нем возникают значи-
тельные растягивающие напряжения, которые могут привести
к потере цилиндрической формы. Если обод тоньше спиц, он кри-
сталлизуется раньше и в спицах вблизи обода могут появиться
трещины. Если раньше кристаллизуются спицы, трещина может
возникнуть в ободе. Если соотношение сечений обода и спиц вы-
брано так, что кристаллизация происходит одновременно, а ступица
охлаждается медленнее, то трещины могут появиться в спицах
около ступицы.
Рис. 4.21. Литые маховики с прямыми (а) и изогну-
тыми (б) спицами
Для снижения остаточных напряжений в литых маховиках
с четным числом спиц рекомендуется делать изогнутые спицы,
а с нечетным — прямые (рис. 4.21). Поперечные сечения спиц ре-
комендуется делать овальными, при больших нагрузках — дву-
таврового сечения, со скругленными острыми углами и сопряже-
79
Рис. 4.22. Расположение канавки в
ступице колеса:
а — технологично; б — нетехнологично
Рис. 4.23. Конструкция термического
узла:
а — нетехнологично; б технологично
ниями. Ступицы не должны быть толстостенными, так как у
основания спиц могут появляться усадочные раковины и рыхлоты.
В ступицах большой протяженности рекомендуется делать канавки
(рис. 4.22). На участках с местным утонением стенки (над шпо-
ночной канавкой) рекомендуется делать приливы.
Для снижения усадочных и термических напряжений и вероят-
ности трещинообразования следует обеспечивать свободную усад-
ку отливки и избегать термических узлов. Они возникают в тех
местах, где пересекаются тепловые потоки, идущие от поверхности
отливки в форму (рис. 4.23, а). Для улучшения теплоотвода в этом
районе изменяют конструкцию термического узла (рис. 4.23, б)
или устанавливают усадочные ребра (рис. 4.24) х которые охлаж-
даются быстрее и упрочняют эту зону. Если установка усадочных
ребер не дает положительного результата, то выравнивания ско-
рости охлаждения во всех сечениях от-
ливки добиваются с помощью холодиль-
ников.
С целью предотвращения газовых ра-
ковин конструкция литой заготовки и по-
ложение ее в форме во время заливки
Рис. 4.24. Пример усадочно-
го ребра
Рис. 4.25. Конструкция хобота го-
ризонтально-фрезерного станка:
а _ нетехнологично; б — технологич-
но; 1 — стержень; 2 — знак стержня
80
Рис. 4.26. Предотвращение образования усадочных ра-
ковин:
а — нетехнологично; б — технологично
должны обеспечить плавное заполнение формы металлом таким
образом, чтобы воздух и газы выходили из нее полностью и сво-
бодно. Для этого необходимо предусмотреть соответствующее
число окон, полостей, соединяющихся друг с другом или выходя-
щих в верхнюю полуформу. Увеличенные размеры знака стержня
(рис. 4.25, б) облегчают отвод газов из внутренней полости от-
ливки.
Деталь большой протяженности следует делать со стенками,
равномерными по толщине. Ее конструкция должна быть по воз-
можности симметричной и достаточно жесткой. Одновременно сле-
дует избегать больших плоских поверхностей, придавая им изогну-
тую форму (рис. 4.26).
Большие горизонтальные стенки следует заменять на наклон-
ные, ступенчатые или выпуклые. Если такую поверхность необхо-
димо все-таки получить плоской, рекомендуется при формовке
располагать ее в нижней полуформе. В этом случае окончание за-
полнения формы происходит при малой свободной поверхности
жидкого металла и вероятность образования газовых пор умень-
шается. ।
4.5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ РЕЗАНИЕМ
Для повышения обрабатываемости резанием й стабилизации
размеров литые заготовки подвергают термообработке. Характер
термообработки зависит от вида литейного сплава, способа литья,
размеров отливки и других факторов.
Термическая обработка чугуна применяется для изменения
структуры металлической основы чугуна (матрицы), степени гра-
81
фитизации, снижения остаточных напряжений, стабилизации раз-
меров. При этом форма графита в чугуне не изменяется.
Графитизирующий отжиг используют для разложения карби-
дов (устранения отбела) в отливках из всех видов чугуна и сни-
жения твердости поверхностного слоя. Он производится при тем-
пературе 850...980 °C. Продолжительность отжига зависит от раз-
меров отливки, толщины стенок, химического состава чугуна и
обычно принимается из расчета 1 ч на каждые 25 мм толщины
стенки отливки.
Для снижения твердости по всему сечению отливки и получе-
ния ферритной структуры матрицы производят вторую стадию от-
жига при температуре 700...720 °C. Переход с температуры 850...
980 °C до 720 °C желательно проводить медленно. Это позволяет
получить больше феррита и придает большую пластичность от-
ливке. Окончательное охлаждение отливок в интервале температур
500...300 °C стремятся производить быстро во избежание отпускной
хрупкости.
Нормализация чугуна производится при температуре 850...
950 °C с целью получения отливок повышенной прочности и износо-
стойкости, т. е. получения отливок со структурой перлита.
Одновременно происходит измельчение перлита и частичное сня-
тие остаточных напряжений. После полного прогрева отливки
выдерживаются в печи еще 30... 120 мин с целью выравнивания
структур по всему объему. Охлаждение производится ~на воздухе.
Используя нормализацию, можно повысить марку чугуна примерно
на два класса. ‘
Отпуск как самостоятельный вид термообработки применяют
только для снятия остаточных напряжений отливок из серого чу-
гуна. При этом их нагревают до температуры 500...550 °C, выдер-
живают 2...8 ч и охлаждают вместе с печью.
Стальные отливки обычно имеют крупнозернистую неоднород-
ную структуру и низкую пластичность. В зависимости от химиче-
ского состава стальное литье отжигают при температуре 850...
900 °C с выдержкой в течение 2...4 ч и охлаждают с печью. В этом
случае получают наибольшую пластичность и минимальный уро-
вень внутренних напряжений.
При нормализации отливки нагревают до той же температуры,
выдерживают 4...5 ч, а затем охлаждают на воздухе. Это приводит
к выравниванию и измельчению структуры.
Для средне- и высокоуглеродистых сталей нормализация дает
более высокую твердость и меньшую пластичность, чем отжиг.
Для низкоуглеродистых сталей нормализация как более дешевый
вид термообработки может полностью заменить отжиг.
Термическая обработка отливок из цветных металлов применя-
ется редко, в основном не для улучшения обрабатываемости реза-
82
нием, а для улучшения механических свойств заготовки. Вид тер-
мической обработки указывается в технических условиях на от-
ливку. Для снятия остаточных напряжений, возникающих в круп-
ных отливках с неравномерным сечением стенок, применяют от-
пуск. Режим отпуска зависит от вида сплава, толщины стенок и
конфигурации отливок.
4.6. КАЧЕСТВО ОТЛИВОК
4.6.1. Размерная точность отливок и качество
поверхностного слоя
Допуски размеров отливок То согласно ГОСТ 26645—85 зави-
сят от класса точности и номинального размера (см. табл. 4.8).
Класс точности определяет способ литья и тип металла или сплава
отливки. Под номинальным размером в этом случае понимают
измеряемый размер отливки, включающий припуск на механиче-
скую обработку. У наклонных, конических и фасонных поверхнос-
тей за номинальный размер принимают наибольший.
Для отдельных поверхностей несимметричных отливок предель-
ные отклонения распределяются относительно их номинального
Рис. 4.27. Взаимосвязь меж
ду номинальными размера-
ми детали и отливки:
а — размер до необрабатывае
мой поверхности детали; б —
размер до обрабатываемой по- --------------------------------**"
верхности при обработке каж- р
дой поверхности отливки от '
своей базы; в — размер до обрабатываемой поверхности при обработке противолежащих
поверхностей, симметричных (или тел вращения) отливок от общей базы; Дд, £)д —номи-
нальные размеры детали; Lo, Do — номинальные размеры отливки; Lo&, Do& — наимень-
ший размер отливки; Lo6, Роб — наибольший размер отливки;Го — допуск отливки; Z —
средний припуск на механическую обработку
83
4,16. Точность отливок, получаемых различными способами литья
Способ литья Тип производ- ства 1 Квалитет точности по ГОСТ 25347—82
8 | 9 | 10 | 11 | 12 1 13 | 14 | 15 | 16 | 17
Классы точност и размер )0в по ГОСТ 26645—85
1...3т | З...5т । | 5...7 7...9т | 9...16
В песчаные формы Е С М Кокильное: черные сплавы С цветные сплавы С По выплавляемым моделям М, С В оболочковые формы С, М Под давлением М, С 4.17. Качество поверхности отливок, полу + + чаемых + + + + разли' + + + 1ными । способам +++ +++ ++ S ++ ++ § 1 L X
Шероховатость поверхности Rz по ГОСТ 2789 —73, мкм
Спосоо литья 320. ..160 160...80 | 80...40 | 40...20 | 20...10 | 10...5 5...2,5 2,5..1,25
В песчаные формы +
Кокильное:
черные сплавы
цветные сплавы
По выплавляемым моделям
В оболочковые формы
Под давлением
размера как ±0,5 То (рис. 4,27, а, б). Для отливок типа тел вра-
щения или противолежащих поверхностей симметричных отливок
предельные отклонения распределяются с обеих сторон как
±0,25 То (рис. 4.27, в).
Качество поверхностного слоя зависит от состояния поверхно-
сти формы, условий заливки жидкого металла и его кристаллиза-
ции в форме, что определяется принятым способом изготовления
отливки.
Достижимая точность отливок, полученных различными спосо-
бами литья, представлена в табл. 4.16, а шероховатость поверхнос-
тей отливок — в табл. 4.17.
4.6.2. Дефекты отливок, способы их предупреждения
и исправления
Основными видами литейных дефектов являются искажения
формы и размеров, разрывы сплошности металла, различные рако-
вины и поверхностные дефекты. Искажения формы и размеров
проявляются в виде коробления, недоливов, перекосов.
84
Коробление возникает в отливке в результате значительных
остаточных напряжений при охлаждении из-за неравномерности
охлаждения, торможения усадки. Недолив возникает npji непра-
вильной конструкции литниковой системы, недостаточной жидко-
текучести сплава или утечке металла в разъем формы. Перекос
может быть вызван неточной сборкой стержней или формы, пло-
хим центрированием половинок стержневого ящика, случайным
сдвигом полуформ, вызванным внешним воздействием.
Для предотвращения искажений формы отливок следует про-
работать более рациональную конструкцию отливки и технологию
литья, увеличить податливость формы, повысить технологическую
дисциплину и т. д.
Разрывы сплошности металла проявляются в виде горячих и
холодных трещин, спаев.
Горячие и холодные трещины вызываются в основном недостат-
ками конструкции отливки: наличием «термических узлов», завы-
шенной температурой заливки, недостаточной податливостью фор-
мы и стержней, недостаточной пластичностью металла в интервале
температур образования трещин. Спай — сквозная либо поверх-
ностная с закругленными краями щель — получается из-за недо-
статочной скорости заливки формы, пониженной жидкотекучести,
недостаточной эффективности вентиляции формы.
Для предупреждения возникновения горячих трещин в отливках
необходимо создавать условия, способствующие формированию
мелкозернистой структуры; обеспечивать одновременное охлажде-
ние тонких и толстых частей отливок; увеличивать податливость
литейных форм; по возможности снижать температуру заливки
сплава. Для предупреждения образования в отливках холодных
трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок
во всех сечениях путем использования холодильников; применять
сплавы для отливок с высокой пластичностью; проводить отжиг
литейных отливок и т. п.
Усадочные раковины и рыхлоты возникают из-за нетехнологич-
ности конструкции отливки, неправильной конструкции литнико-
вой системы, недостаточной эффективности холодильников. Обра-
зование газовых раковин связано с повышенной газотворностью и
низкой газопроницаемостью формы и стержней, пониженной тем-
пературой заливки, с механическим захватом газов в элементах
литниковой системы во время заливки. Шлаковые раковины обра-
зуются при пониженной вязкости шлака, недостаточной эффектив-
ности литниковой системы, неправильной или небрежной заливке.
Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках
плавку следует вести под слоем флюса, в среде защитных газов
с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов.
Кроме того, перед заливкой расплавленный металл необходимо
85
подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инертными га-
зами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость
литейных форм и стержней, снижать влажность формовочной сме-
си, подсушивать формы и т. д.
Пригар — поверхностный дефект,, возникающий из-за слиш-
ком высокой температуры заливки, излишней длительности залив-
ки, слабого уплотнения или низкого качества формовочной смеси.
Обнаруженные дефекты могут быть исправимыми и неисправи-
мыми. Обычно возможность и способ исправления дефектов огова-
риваются в технических условиях.
Так, коробление стальных отливок может быть исправлено
правкой. Наружные дефекты заваривают дуговой или газовой
сваркой. При недоливе крупных отливок иногда допускается ис-
правление дефекта заливкой жидкого металла. Раковины й* пори-
стость устраняют пропиткой или заделывают различными замазка-
ми, шпатлевкой или клеями. Неисправимый брак требует пере-
смотра конструкции отливки или технологии ее получения.
4.6.3. Контроль качества отливок
Система контроля качества отливок включает в себя контроль
исходных материалов, всех этапов технологического процесса и
готовых отливок. Объем контроля на каждом этапе зависит от
конкретных условий производства и от требований, предъявляемых
к отливкам. В частности, при хорошей организации производства,
стабильности качества исходных материалов контроль может про-
водиться выборочно или по графикам.
Контроль исходных материалов заключается в проверке хими-
ческого состава шихтовых материалов, их загрязненности, а также
в проверке качества формовочных материалов и основных свойств
формовочных и стержневых смесей.
Контроль процесса изготовления форм и стержней, сборки ли-
тейной формы проводится на всех этапах технологического про-
цесса. В зависимости от сложности и требуемой точности отливки
на каждом этапе применяется свой объем и свои методы контроля.
Контроль хода плавки литейного сплава заключается в опре-
делении химического состава сплава, степени раскисления, темпе-
ратуры заливки.
Контроль качества готовых отливок может проводиться несколь-
кими методами.
В зависимости от ответственности отливок и типа производства
осуществляется массовый или выборочный внешний осмотр отли-
вок. При этом определяют отклонения формы и размеров отливки,
устанавливают внешние дефекты, видимые невооруженным глазом.
Методы проницающей радиации (рентгенография, рентгеноско-
86
пия, гамма-дефектоскопия) и ультразвуковой контроль позволяют
контролировать отливки довольно большой толщины и дают хо-
рошие результаты при определении внутренних трещин, пористо-
сти, раковин.
Поверхностные дефекты хорошо определяются магнитными ме-
тодами контроля, люминисиентной и цветной дефектоскопией.
Механические характеристики материала отливки (твердость,
прочность, пластичность, ударная вязкость) определяют по резуль-
татам испытаний отдельно изготовленных или прилитых к отливке
образцов (проб). Иногда образцы вырезают из тела отливки.
При предъявлении к отливке требований герметичности про-
водятся гидравлические испытания избыточным давлением жидко-
сти. Испытание проводится после предварительной механической
обработки, с тем чтобы на ответственных участках отливки были
сняты литейные корки, пленки, оксиды и т. п.
Контроль качества отливок производится: на рабочих местах.—
непосредственными исполнителями работ; на специализированных
рабочих местах — работниками службы технического контроля; в
лабораториях — соответствующими специалистами.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные способы получения отливок.
2. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и область применения
литья в песчаные формы.
3. Какие конструкционные материалы применяют для изготовления отливок?
4. Каковы литейные свойства сплавов, которые необходимо учитывать при вы-
боре материала отливки. Дайте их определения.
5. Перечислите факторы, влияющие на прочность отливки, и укажите пути уп-
равления этими факторами.
6. Какова последовательность разработки чертежа литой заготовки?
7. От чего зависят и как назначаются припуски на механическую обработку,
формовочные уклоны, радиусы закруглений?
8. Как выбирается положение отливки в форме?
9. Какие поверхности отливки следует выбирать в качестве черновых баз?
10. Перечислите основные правила оформления чертежа отливки. Каковы осо-
бенности простановки размеров на чертеже отливки?
11. В чем заключаются особенности проектирования заготовок, изготавливаемых
специальными способами литья?
12. Каковы основные требования технологичности отливок?
13. Объясните назначение и расскажите виды термической обработки отливок
из чугуна, стали, цветных сплавов.
14. Перечислите дефекты отливок и причины их возникновения.
15. Как осуществляется контроль качества на различных стадиях производства
литых заготовок?
5. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ОБРАБОТКОЙ МЕТАЛЛОВ
ДАВЛЕНИЕМ
5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ
МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
5.1.1. Роль процессов обработки металлов давлением
в машиностроении
Обработка металлов давлением (ОМД) относится к наиболее
прогрессивным способам изготовления заготовок. Около 90 % (по
массе) всей выплавляемой стали и более 55 % цветных сплавов
подвергаются различным видам обработки давлением, причем от
15 до 20 % полуфабрикатов подвергаются двух- и трехкратной об-
работке. По сравнению с другими способами производства заго-
товок процессы ОМД отличаются высокой производительностью и
относительно легко автоматизируются.
Пластическая деформация при обработке давлением, преобра-
зуя структуру и исправляя дефекты литого металла, сообщает ему
более высокие механические свойства, что дает возможность по-
вышать ресурс и эксплуатационные характеристики деталей ма-
шин.
В настоящее время существует около 400 способов объемного
формообразования способами ОМД. Основными из них являются:
прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка и специаль-
ные виды ОМД. Ведутся, дальнейшие работы по разработке и вне-
дрению новых, малоотходных методов получения заготовок с до-
статочно точными размерами и низкой шероховатостью поверхности,
тостью поверхности.1
5.1.2. Материалы, применяемые для получения заготовок
обработкой давлением
Виды сталей практически все применяют для получения заго-
товок обработкой давлением: углеродистые и легированные конст-
рукционные; высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростой-
кие и жаропрочные; инструментальные и др. Марки, химический
состав и свойства этих сталей приводятся в соответствующих
стандартах й справочниках [2,4].
Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на две группы:
технический алюминий и термически неупрочняемые сплавы (АМц,
АМгЗ, АМг5 и др.) и термически упрочняемые сплавы (Д1, Д16,
ВД17, АК4, АК8, Б95 и др.). Сплавы первой группы отличаются
высокой пластичностью и хорошими технологическими свойствами.
Сплавы второй группы имеют удовлетворительные пластичность и
88
технологические свойства, более высокие прочностные характерис-
тики, в том числе и при повышенных температурах.
Из медных сплавов обработке давлением подвергаются латуни
и бронзы. Латуни (Л68, Л60, ЛМц58-2, ЛО70-1 и др.) хорошо об-
рабатываются давлением и резанием. Они деформируются при
низких и высоких температурах. К деформируемым бронзам отно-
сятся в основном алюминиевые, кремнистые и некоторые оловянные
бронзы (БрАЖН10-4-4, БрА5, БрКМц4-1, БрОЦС4-4-4 и др.). Они,
как правило, деформируются в горячем состоянии и могут упроч-
няться термической обработкой.
Деформируемые магниевые сплавы (MAI, МА2, МА2-1, МАП
и др.) используются для изготовления заготовок прокаткой, прес-
сованием и штамповкой. Обработку давлением проводят обычно
при температуре 300...400 °C.
Из титановых сплавов (ОТ4-1, ВТ5, ВТ14, ВТЗ-1, ВТ9 и др.) из-
готавливают прокат, листы, трубы и поковки. Они обладают удов-
летворительной пластичностью, высокой прочностью, но плохо об-
рабатываются резанием.
В специальном машиностроении и для нужд новой техники
используют сплавы сложных составов на основе вольфрама, нио-
бия, молибдена и сплавы, содержащие такие элементы, как берил-
лий, цирконий, кобальт и др. Новые сплавы сложного состава
поступают в обработку в виде слитков после дуговой и электрон-
но-лучевой плавки.
Для определения допустимых режимов нагрева, температурных
интервалов ковки и штамповки, степени, скорости и схемы деформа-
ции, условий охлаждения поковок, а также необходимого усилия
оборудования следует знать зависимость механических свойств об-
рабатываемого материала от температуры деформирования. Меха-
нические свойства определяют различными методами испытаний на
растяжение, сжатие, кручение и ударный изгиб.
Помимо механических испытаний для выявления пластичности
применяют методы технологических испытаний: прокатку клина на
полосу постоянной толщины, прокатку специального слитка или де-
формированной заготовки постоянного сечения на клин и осадку
слитка на клин.
При выборе материала заготовки учитывают его эксплуатаци-
онные характеристики (прочность, коррозионную стойкость, жаро-
прочность и др.), пластические свойства и обрабатываемость реза-
нием. Материал должен обладать высокой пластичностью (относи-
тельное сужение при одноосном растяжении не менее 20%).
Предпочтительно применять материалы, хорошо освоенные в про-
изводстве. Выбор материала в значительной мере определяет мате-
риалоемкость изделия. Она может быть снижена в результате
применения прогрессивных материлов, отличающихся повышенными
89
эксплуатационными и механическими свойствами, а также низкой
плотностью. Во многих случаях эти свойства могут быть улучшены
за счет последующего применения методов поверхностного упрочне-
ния и защитных покрытий.
5.1.3. Изменение свойств металла в процессе
пластической деформации
Под действием пластической деформации происходит изменение
структуры металла и его физико-механических свойств. Возникает
определенная ориентировка кристаллической решетки металла
(текстура). Зерно деформируется, вытягивается в направлении те-
чения металла, сохраняя ту же площадь поперечного сечения.
Внутри зерна дробятся блоки мозаики, увеличивается степень
их разориентировки.
Границы зерен и дефекты вытягиваются в направлении течения
металла (создается так называемая полосчатость).
В результате прочность и твердость увеличиваются, а пластич-
ность уменьшается; появляется анизотропия свойств, возрастают
остаточные напряжения.
Нагрев деформированного металла выше температуры рекрис-
таллизации Трек приводит к образованию новых зерен, строение
и свойства которых такие, как и до деформации:
Трек == аТпл, (5-1)
где Тпл — температура плавления металла,' К; а — коэффици-
ент, зависящий от чистоты металла; для технически чистых ме-
таллов а=0,3... 0,4, для сплавов а=0,6...0,8.
Обработка давлением при Т > Трек происходит без упрочнения
(наклепа) и называется горячей обработкой давлением. Обработ-
ка при Т<ТРек называется холодной.
5.2. ПРОИЗВОДСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ И ЗАГОТОВОК
МЕТОДАМИ ПРОКАТКИ, ПРЕССОВАНИЯ И ВОЛОЧЕНИЯ
5.2.1. Производство профилей и заготовок прокаткой
Прокатка позволяет с наименьшими удельными затратами про-
изводить изделия, которые либо полностью воспроизводят преду-
смотренное конструктором поперечное сечение детали, либо мак-
симально приближаются к нему. Прокатка обладает более
высокими технико-экономическими показателями по сравнению с
другими способами обработки металлов: высокой производитель-
ностью, низкой себестоимостью и высоким коэффициентом исполь-
зования металла. Заготовки из проката используют при непосред-
90
ственном изготовлении из них деталей на металлорежущих станках
и для получения поковок.
Круглый сортовой прокат (постоянное поперечное сечение)
используют для изготовления гладких и ступенчатых валов с не-
большим перепадом ступеней, стаканов диаметром до 50 мм и вту-
лок с наружным диаметром до 25 мм.
Сортовой квадратный, шестигранный и прямоугольный прокат
применяют для изготовления крепежных деталей, небольших дета-
лей типа тяг, рычагов и планок.
Листовой прокат идет на изготовление цилиндрических полых
заготовок, фланцев и плоских деталей различной формы.
Трубы используют для изготовления цилиндров, втулок, гильз,
стаканов, барабанов, роликов, фланцев и т. п.
Периодический профильный прокат (поперечное сечение не-
постоянно) может быть продольным и поперечно-винтовым. Из
продольного проката получают заготовки гаечных ключей, бараш-
ков, лопаток турбин, шатунов, вилок, рычагов и тонких деталей.
Применение его позволяет по сравнению с обычным прокатом сни-
зить расход металла на 15 %, повысить производительность труда
на 25...30 % и уменьшить себестоимость заготовок на 10...20 %.
Из поперечно-винтового проката изготавливают шары для под-
шипников качения, углеразмольных и цементных мельниц, заготов-
ки валов винтового профиля, полые профилированные трубчатые
заготовки и пр.
Специальный прокат, применяемый в крупносерийном и массо-
вом производстве (см. п. 5.2.6), часто почти полностью исключает
обработку резанием, на долю которой остается в основном отрезка,
обработка отверстий и отделка.
5.2.2. Прессованные профили
Прессованием изготавливают профили из цветных металлов
(медные, цинковые, титановые сплавы), реже — из углеродистых
и легированных сталей. Условия деформации при прессовании наи-
более благоприятны по сравнению с другими способами обработки
давлением. Степень деформации за один проход может составлять
95%.
Различают прямое и обратное прессование. При обратном прес-
совании усилие прессования в 1,25...1,30 раза, а пресс-остаток при-
мерно в 3 раза меньше, чем при прямом. Однако при обратном
прессовании ниже производительность и качество поверхности. По-
этому чаще всего применяется прямое прессование.
Скорость прессования влияет на качество заготовки. Более
пластичные металлы обычно прессуют с большей скоростью, чем
малопластичные. Например, скорость истечения стали составляет
01
6... 8 м/с, алюминия — до 25, а у магниевых сплавов — всего лишь
0,01 ...0,05 м/с.
Прессованием изготавливают прутки, трубы разнообразных
сечений, используемые в качестве заготовок в машиностроении (за-
готовки для производства шестерен в часовой промышленности).
Прессование труб диаметром менее 20 мм экономически более вы-
годно, чем прокатка.
5.2.3. Производство профилей волочением
Волочение характеризуется наличием растягивающего напря-
жения, действующего вдоль оси исходной заготовки. Поэтому сте-
пень деформации ограничена и не превосходит за один проход
30...35 %, а при калибровке — 8...12 %. Для получения качествен-
ного профиля не допускается его деформация после выхода из воло-
кон. В связи с этим напряжение волочения не должно превосходить
предел текучести материала при температуре обработки. Чтобы по-
высить предел текучести, обработку проводят в холодном состоя-
нии.
Холодное волочение создает наклеп. Для его устранения тре-
буется промежуточный отжиг. Образующаяся окалина удаляется
травлением.
Волочением обрабатывают прутки диаметром 5...150 мм (заго-
товки храповых колес, шпонок и т. п.), трубы диаметром 0,6...
400,0 мм с толщиной стенки 0,05...15 мм, проволоку диаметром
0,002 мм и выше. Профили, полученные волочением, могут иметь
простое или фасонное поперечное сечение. Волочение труб прово-
дится как с утонением, так и без утонения стенок. При калибровке
может быть достигнута точность размеров, соответствующая 7...8
квалитетам, и параметр шероховатости £а = 0,32 мкм. Таким обра-
зом, калиброванная заготовка практически не требует последующей
механической обработки.
5.2.4. Вальцовка, ротационная и радиальная ковка
машиностроительных профилей
Вальцовка производится на ковочных вальцах, которые пред-
ставляют собой прокатный стан с секторными валками (рис. 5.1).
Вальцовка бывает одноручьевая и многоручьевая.
На вальцах изготовляют поковки сравнительно несложной кон-
фигурации (типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т. п.),
а также фасонируют заготовки для последующей штамповки, чаще
всего на кривошипных горячештамповочных прессах. При много-
ручьевой вальцовке ручьи расположены параллельно вдоль оси
валков или последовательно в двух или большем числе клетей.
Поковки получают в виде «ленты» по несколько штук, распо-
92
ложенных в длину и соеди-
ненных между собой заусен-
цем. Параметр шероховато-
сти поверхности таких поко-
вок /?z=320...40 мкм. Допус-
ки на размеры вальцованной
заготовки принимают при-
мерно следующие: по дли-
не ± (0,0061+4), по высоте
+ (0,025/г+1)
- (0.02Л+1) ’ П0 ШИРИНе
Рис. 5.1. Схема вальцовки:
а, б, в — стадии вальцовки; 1 — упор; 2, 3 —
секторные штампы
±(0,0136+0,35), где I, h и b — соответствующие размеры заготов-
ки, мм.
Для получения более точных заготовок, например, турбинных
лопаток с припуском до 0,20...0,15 мм и параметром шероховатости
поверхности /?z=6,3...3,2 мкм, применяют отделочную вальцовку,
обычно проводимую в холодном состоянии. При этом расход ме-
талла снижается на 35 %, трудоемкость на 20 %, себестоимость
на 35 %. Производительность процесса — тысячи заготовок в сЦену.
Ротационная и радиальная ковка предназначены для обжатия
заготовок из прутков и труб с целью получения цилиндрических,
конических и ступенчатых переходов. Деформация может быть со-
средоточена на конце прутка или на некотором расстоянии от не-
го в одном или нескольких местах. Применяют холодную и горячую
ротационную ковку.
Ротационно-обжимные машины применяют для поковок неболь-
ших сечений. Обычно они имеют два бойка, движущихся навстречу
друг другу (рис. 5.2, а). Получаемые обжатия 1,4...1,7 при прямом
Рис. 5.2. Схемы деформирования заготовок на ротаци-
онно-обжимных (а) и радиально-обжимных (б) маши-
нах:
1 — бойки; 2 — заготовка; Е — регулируемый эксцентриситет
93
переходе с круга на круг и
1,5...2,0 при коническом пере-
ходе. Число обжатий для раз-
личных машин колеблется от
нескольких сот до нескольких
тысяч в минуту. На таких ма-
шинах изготовляют ступенча-
тые валы, шпиндели диамет-
Рис. 5.3. Примеры деталей, получаемых
ротационным деформированием
ром до 100 мм, полые поковки
диаметром до 125 мм с вну-
тренним профилированием по
сложному контуру и другие
виды заготовок (рис. 5.3). Точ-
ность обработки при холодном
обжатии достигает 6...8-го, при горячем—11...13-го квалитетов, а
параметр шереховатости поверхности Rz= 1,6...0,4 мкм и 6,3...
2,0 мкм соответственно. Прочность деталей возрастает на 30 %.
Перевод изделий типа ступенчатых валов со штамповки или ме-
ханической обработки на горячее обжатие снижает расход метал-
ла на 40...60 %, производительность по сравнению с токарной об-
работкой возрастает в 4...5 раз.
Радиально-обжимные машины применяют для изготовления
поковок относительно крупных сечений (трубных диаметром до
200 мм, прутковых до 140 мм). Они имеют кривошипно-эксцент-
риковое устройство привода бойков, расположённых радиально в
одной плоскости через равные углы (рис. 5.2, б). Эти машины от-
личаются меньшим шумом при работе.
Радиальная ковка применяется в основном для получения сту-
пенчатых валов. Точность размеров заготовок при обжатии в хо-
лодную достигает 6...10-го, в горячую — 11.„13-го квалитетов. Она
позволяет уменьшить расход металла и обеспечивает получение
заготовок с допусками в 1,5.„2 раза меньшими, чем при штамповке
на молотах. Производительность радиальной ковки не велика, по-
этому ее применяют в мелкосерийном производстве взамен ковки
или черновой токарной обработки.
5.2.5. Разделка проката на штучные заготовки
Перед резкой на заготовки изогнутые прутки правят, а мест-
ные поверхностные дефекты удаляют вырубкой зубилом или за-
чисткой абразивными кругами.
Штучные заготовки получают резкой на сортовых ножницах,
ломкой на штампах — хладноломах, резкой на металлорежущих
станках и анодно-механических, кислородной резкой.
Резка на сортовых ножницах и на пресс-ножницах применяется
54
в основном для стальных прутков.
На кривошипных прессах режут
прутки диаметром до 20 мм, на
эксцентриковых — до 200 мм.
Пруток автоматически или
вручную подается до упора (рис.
5.4). Нож совершает 10...60 хо-
дов в минуту.
При резке на торцах загото-
вок возможно образование дефек-
тов: торцевые трещины, косина
среза, смятие и утяжка. Вероят-
Рис. 5.4. Резка прутка на сортовых
ножницах:
/ — пруток; 2 — прижим; 3 — верхний hohcj
4 — упор; 5 — нижний нож
ность их появления увеличивает-
ся при пониженной пластичности металла, увеличении сечения за-
готовки, при хранении прутков на холоде. Поэтому стальные прут-
ки большого диаметра (более 80 мм) и из малопластичных сталей
в месте реза подогревают до 450...650 °C. Цветные сплавы рубят
в холодном состоянии.
Резка на ножницах имеет очень высокую производительность
(например, при резке прутка диаметром 65 мм 3...20 резов в мин),
но низкую точность по длине и большие дефекты торца.
Ломка на штампах-хладноломах применяется для стальных
прутков диаметром более 70 мм. В месте лома по разметке делают
надрез пилой или кислородной резкой (рис. 5.5). Ширина надреза
6=2...3 мм, глубина
з.__
h = yd,
(5-2)
где d — диаметр прутка, мм.
Рабочий ход толкателя составляет 5... 10 % от диаметра прутка.
Разрушение происходит почти мгновенно. Торец заготовки полу-
чается достаточно ровный.
Ломка дает лучшие результаты для более хрупких матери-
алов. Для повышения хрупкости мягкую сталь нагревают до
300 °C. Преимуществом
ломки является высокая
производительность, воз-
можность получения сра-
внительно коротких за-
готовок (/min = 0,8d) И
контроля качества метал-
ла по виду излома.
Резка проката может
Рис. 5.5. Ломка прутка на штампе-хлад-
нолоие
производиться на метал-
лорежущем оборудова-
95
Рис. 5.6. Схемы резки проката дисковой пилой:
а — одного прутка; б — пакета прутков; е — проката прямоугольного сечения
нии: на дисковых и ленточных пилах; приводных ножовках; стан-
ках, работающих тонким абразивным кругом; отрезных и других
станках.
Дисковые пилы представляют собой диск диаметром 300...800 мм
с режущими зубьями. Разрезание прутков дисковой пилой про-
изводят по одному или пакетом (рис. 5:6). Современные дисковые
пилы снабжаются гидравлическими зажимными приспособления-
ми. Для стальных заготовок разрезание на дисковых пилах при-
меняется тогда, когда требуется высокая точность по длине и пер-
пендикулярность торца оси заготовки. Для цветных металлов это
основной метод разрезания, т. к. резка их на ножницах дает боль-
шое смятие. Производительность резки низка; ширина реза 3...8 мм,
в связи с чем велики отходы.
Ленточные пилы имеют форму бесконечной ленты толщиной
1,0...1,5 мм (рис. 5.7). Потери на рез в этом случае малы. Но сам
инструмент (пильная лента) стоит дорого. ЛентЬчные пилы приме-
няются главным образом для разрезания проката цветных метал-
лов (меди, латуни, алюминия и др.).
Приводные ножовки разрезают прокат ножовочным полотном,
под некоторым давлением возвратно-поступа-
тельное движение от механического привода.
Ширина реза — 2...3 мм. Производительность
резки мала, однако обслуживание ножовок
просто. Один рабочий может обслуживать 5...
6 ножовок. Ножовки часто дают косой рез,
снижая эффект применения тонких ножовоч-
ных полотен.
На станках, работающих тонким абразив-
ным кругом, в качестве инструмента исполь-
зуются абразивные круги на вулканитовой
связке толщиной 1...3 мм и диаметром до
500 мм. Производительность разрезания абра-
зивным кругом довольно высока. Например,
пруток диаметром 40...50 мм разрезается за
5...6 сек. Этот метод дает высокие точность по
которое совершает
Рис. 5.7. Схема вер-
тикальной ленточной
пилы
96
5.1. Сравнение способов разделки прутка на штучные заготовки
Характеристика способа
Способ резки По произво- дительности, балл По расхо- ду метал- ла, балл Точность длины заготовки
На сортовых ножницах 1 1 ОТ ±0,8 ДО ±4,5 ММ
На хладноломах 1 1 от ±1,0 до ±3,5 мм
Дисковыми пилами 3 4 от ±0,8 до ±2,5 мм
Абразивными кругами 2 2 от ±0,5 до ±1,5 мм
Приводными ножовками 6 3 от ±0,8 до ±2,5 мм
Ан одно-механическая 5 2 от ±0,1 до ±0,5 мм
Кислородная 4 5 от ±1 до ±3 мм
Примечание. Увеличение балла в таблице указывает на ухудшение характе-
ристики.
длине и качество торца. Инструмент во время работы не требует
переточки, но быстро изнашивается и стоит довольно дорого.
Отрезные станки служат для разрезания по длине различных
прутков, труб. У этих станков на прочной станине расположена пе-
редняя бабка с пустотелым шпинделем, по обоим концам которо-
го расположены самоцентрирующие зажимные патроны. Достоин-
ством этих станков являются большая производительность и не-
высокая себестоимость самого станка и инструментов (резцов).
Недостаток отрезных станков — широкий паз (3...5 мм), что при-
водит к большой потере металла.
Резка прутков и слитков на анодно-механических станках про-
изводится дисковыми или ленточными катодами из низкоуглеро-
дистой стали. Инструмент дешев, легко изготавливается. Скорость
резки— 10...25 мм/мин, ширина реза — 0,5...2,5 мм. Анодно-механи-
ческую резку применяют для разделки прутков из твердых или
слишком вязких сплавов (никелевые, хромоникелевые сплавы).
Анодно-механические станки сравнительно дороги, требуют квали-
фицированной эксплуатации.
Кислородная резка основана на сгорании нагретого металла в
струе режущего кислорода. Резка применяется в основном для ста-
лей, содержащих до 0,7 % С. Производительность кислородной
резки довольно велика, особенно в случае применения автоматов
с несколькими резаками, работающими одновременно. Качество ре-
за удовлетворительное, точность по длине не велика. Ширина ре-
за составляет 4...8 мм. Применяется в основном для резки крупных
профилей и вырезания контурно-фасонных заготовок из листа.
Выбор способа резки зависит от формы и размеров заготовки, а
также возможностей способа резки (см. табл. 5.1) и цеха (завода).
4 437
97
5.2.6. Специальные виды прокатки
Прокатка (раскатка) колец, колес, бандажей (для железнодо-
рожного транспорта) производится на специальных прокатных
станах в горячем состоянии. Раскаткой придают заготовкам более
сложный профиль и более точные размеры, чем штамповкой, обес-
печивают тангенциальное направление волокон, выполняют коль-
цевые поднутрения (например, канавки под шарики у наружных
колец подшипников). Во избежание образования окалины для
стальных изделий под раскатку применяют обычно индукционный
или безокислительный нагрев и не выше 1040 °C. Раскатке подвер-
гаются заготовки с наружным диаметром от 60 мм до 1 м и бо-
лее при высоте обрабатываемого обода до 150 мм. Применяют от-
крытую и закрытую схемы раскатки (рис. 5.8, а, б).
Точность размеров готовых поковок (рис. 5.8, г) по наружному
диаметру зависит главным образом от своевременности прекраще-
ния процесса, т. е. от наладки и качества работы контрольного ро-
лика, а по внутреннему диаметру — от точности объема исходных
заготовок (рис. 5.8, в). Практически допуск на наружный диаметр
составляет около —0,01.0, на внутренний— (0,022d=0,6) мм. Па-
раметр шероховатости поверхности после раскатки 2?z=10...
3,2 мкм.
При укладке заготовок и съеме поковок вручную производи-
тельность раскатки составляет на мелких кольцах до 500, на круп-
ных —100...250 шт./ч. *
Прокатка зубчатых колес производится из заготовок в виде
прутков или отдельных дисков, собранных на стержне. Заготовки
нагреваются заранее с по-
мощью кольцевых или сек-
торных индукторов на глу-
бину 6... 10 мм в зависимости
от модуля зуба. В процессе
прокатки зубчатый валок
вдавливается в поверхность
заготовки усилием Р (рис.
5.9).
Этим способом изготав-
ливают прямозубые и косо-
зубые цилиндрические коле-
са, шлицевые валы, звездоч-
ки цепных передач с моду-
лем до 4 мм и диаметром до
200 мм. Частота вращения
валков — от 3,8 до 60 мин-1.
Производительность процес-
Рис. 5.8. Схемы раскатки колец подшипни-
ков
98
Рис. 5.9. Схема прокатки зубчатых
колес:
1 — зубчатый валок; 2 — заготовка; 3 —
секторные индукторы; 4 — опорный валок
Рис. 5.10. Схема поперечно-клиновой
прокатки:
а — процесс прокатки; б — типовые заго-
товки; 1 — рабочие клинья; 2 — заготовка
са значительно превосходит производительность механической об-
работки. Полученные зубчатые колеса имеют благоприятную мак-
роструктуру поверхностного слоя, поэтому механическая обработка
по поверхности зубьев должна быть минимальной.
Поперечно-клиновая прокатка проводится с помощью плоско-
клиновых инструментов (рис. 5.10). Один из рабочих клиньев не-
подвижен, второй совершает поступательное движение и прокаты-
вает заготовку. Метод довольно производителен: деформация за-
вершается за 1,3... 1,5 оборота заготовки. При горячей прокатке
можно получить заготовки с допусками на диаметральные разме-
ры 0,2...0,4 мм, на линейные — 0,3...0,5 мм.
Инструмент сравнительно прост по конструкции, обеспечивает
получение ступенчатых валов сложной конфигурации небольшой
длины.
5.3. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК КОВКОЙ
5.3.1. Общая характеристика кузнечно-штамповочного
производства
. Основные операции в кузнечно-штамповочном производстве
подразделяют на три группы: заготовительные, собственно ковоч-
ные и штамповочные, завершающие и отделочные операции. К за-
готовительным относятся подготовка слитков или пруткового ма-
териала к ковке или штамповке, разделка его на штучные заго-
товки и нагрев. К ковочным и штамповочным относятся все опера-
ции, ведущие к существенному изменению формы обрабатываемого
слитка или заготовки: операции ковки и объемной штамповки, вы-
полняемые на молотах и прессовом оборудовании; вальцовка, на-
4
99
5.2. Признаки типов кузнечно-штамповочного производства
Производство Ориентировочный годовой выпуск поковок, шт./год Число типов за- готовок, закре- пленных за обору- дованием (ли- нией), шт.
мелких (до 1 кг) средних (1...10 кг) тяжелых (10... 150 кг)
Единичное и мелкосерийное Менее 50 000 Менее 10 000 Менее 2 000 13 и более
Серийное Крупносерий- 50 000...500 000 10 000...100 000 2 000...10 000 6...12
ное и массовое Более 500 000 Более 100 000 Более 10 000 1....5
катка и другие операции, осуществляемые на специализированном
оборудовании (например, на ковочных вальцах). К завершающим
относятся операции обрезки заусенца, образующегося у поковок
при некоторых способах штамповки, прошивки и пробивки отвер-
стий в штампованных поковках, термической обработки поковок.
К отделочным операциям относятся правка и калибровка поковок,
очистка их от окалины.
Признаки типов кузнечно-штамповочного производства приве-
дены в табл. 5.2. В качестве исходного материала для кузнечно-
штамповочного производства применяют металлы в виде слитков,
проката различных профилей, прессованных прутков и литые за-
готовки. Стальные слитки массой от 1,2 до 350 т применяют для
ковки.
Из высоколегированных сталей применяют слитки меньших раз-
меров (но не менее 200 кг).
Для ковки используют прокат только простейших профилей по-
сле разделки его на заготовки небольших и средних размеров. Для
штамповки используют все виды проката разнообразных профи-
лей нормальной и повышенной точности, а также калиброванный
металл. Штамповка литых заготовок находит ограниченное при-
менение.
5.3.2. Особенности получения заготовок ковкой
При ковке используют универсальные инструменты и оборудо-
вание возвратно-поступательного периодического действия. Про-
цесс ковки состоит из ряда последовательно чередующихся са-
мостоятельных операций, в общем случае сопровождающихся про-
дольными перемещениями и поворотами заготовки вокруг оси.
Разнообразные и многочисленные операции ковки позволяют полу-
чать поковки различных простых и сложных форм. Только ковкой
изготовляют крупные заготовки для роторов и дисков турбин, кот-
лов высокого давления, орудийных стволов., колонн гидравлических
прессов, валков блюмингов и других крупногабаритных ответст-
венных деталей.
100
В единичном и мелкосерийном производстве рационально изго-
товление ковкой мелких (массой 0,2...20 кг) и средних (массой
20...350 кг) поковок.
Процесс ковки состоит из нескольких этапов: нагрева металла;
выполнения кузнечных операций (как правило, на одном прессе
или молоте); первичной термической обработки поковки (отжиг,
нормализация и т. п.). Сложные поковки требуют увеличенного
числа операций, среди которых одноименные могут повторяться
два и более раз. Полуфабрикат поковки поступает в печь на допол-
нительный подогрев (один или более раз, в зависимости от слож-
ности поковки).
Ковку выполняют на, ковочных молотах и гидравлических прес-
сах. Фасонные поковки массой свыше 100 кг и простые поковкц
массой свыше 750 кг предпочтительно изготавливать на гидравли-
ческих прессах.
Параметр шероховатости поверхности поковок составляет
320... 80 мкм, а при использовании подкладных штампов —
/?z=80...40 мкм. Коэффициент весовой точности поковок не пре-
вышает 0,3...0,4, что вызывает большой объем механической обра-
ботки. Поэтому в условиях мелкосерийного производства рекомен-
дуется применять несложные подкладные штампы, групповую или
секционную штамповку.
При партиях поковок одного наименования более 30...50 штук
применяют открытые или закрытые подкладные штампы (рис.
5.11). Это позволяет получать поковки относительно сложной фор-
мы без напусков с припусками и допусками на 15...20 % меньше,
чем при ковке универсальным инструментом. Подкладные штампы
применяют для получения поковок массой до 150 кг, по преимуще-
ственно до 10... 15 кг.
5.3.3. Классификация поковок
Классификация поковок производится по форме поперечного
Рис. 5.11. Поковки, получаемые обычной ковкой (а) и в подкладных штам-
пах (б)
101
сечения и изменению его по длине, наличию или отсутствию отвер-
стий, прямолинейности или изогнутости главной оси заготовки.
С этой точки зрения все поковки делятся на 7 групп и 24 под-
группы.
II группа — цилиндрические сплошные поковки, гладкие и с
уступами — штоки, оси, валы, колонны, цапфы, роторы и т. п.
. II группа — поковки прямоугольного сечения гладкие и с ус-
тупами — плиты, пластины, штамповые кубики, вкладыши и т. п.
III группа — поковки смешанных сечений с расположением от-
дельных частей в одной, двух и более плоскостях — коленчатые
валы и др.
IV группа — цилиндрические полые поковки гладкие и с малы-
ми уступами — диски, фланцы, колеса, крышки, шестерни и т. п.
V группа — цилиндрические полые гладкие поковки с малым
отношением длины к размеру сечения — бандажи, кольца и т. п.
VI группа — цилиндрические полые гладкие поковки с боль-
шими уступами и большим отношением длины к размеру сече-
ния — барабаны, полые валы, цилиндры и т. п.
VII группа — поковки с криволинейной осью — крючки, буге-
ли, скобы, днища и т. п.
В соответствии с принятой классификацией для каждой группы
поковок рекомендуются определенные ковочные операции, пос-(
ледовательность которых выбирается по таблицам [4].
5.3.4. Проектирование кованой заготовки
Исходный документ для разработки чертежа поковки — чер-
теж готовой детали.
Поковкам придают простую форму, ограниченную плоскими
или цилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические
и клиновые формы поковок, пересечение нескольких цилиндричес-
ких элементов и призматических с цилиндрическими. Односторон-
ние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя выполнять
ковкой ребра жесткости и платики. Заготовки со значительной
разницей поперечных сечений, а также сложной формы целесооб-
разно выполнять сварными из нескольких поковок или из поковок
и отливок.
Стремясь максимально приблизить конфигурацию поковки к
конфигурации детали, необходимо оценить возможность изготовле-
ния ковкой уступов и выемок. Ковка коротких уступов с неболь-
шой высотой выступа экономически нецелесообразна. При отсутст-
вии специального инструмента выемки выполняются в том случае,
если их длина равна или больше ширины бойков. Если размеры
или выемки малы, на эти участки поковки назначаются напуски
(рис. 5.12). Для небольшого числа поковок изготовление специаль-
на
Рис. 5.12. Схема нанесения напусков
на поковку типа вала:
1 — на уступ; 2 — на выемку; 3 — на
фланец; 4 — на бурт; 5 — припуск
нога инструмента часто обходится дороже, чем потери метал-
ла на напуски и на увеличение объема механической обра-
ботки.
Припуск и допуск зависят от конфигурации поковки, ее разме-
ров, материала и способа изготовления. Для поковок из углеродис-
той и легированной сталей круглого или квадратного сечения с
уступами и выемками, изготовляемых ковкой на молотах, согласно
ГОСТ 7829—70 по табл. 5.3 сначала назначают основные припуски
и предельные отклонения на диаметры, общую длину и размеры от
базового сечения до соответствующих выступов, уступов и впадин.
За базовое сечение принимают торец участка с наибольшим диа-
метром, не являющийся торцом поковки. Затем для компенсации
несоосности ступеней по табл. 5.4 на диаметры всех сечений, кроме
основного, назначают дополнительный припуск в зависимости от
разностей диаметров основного и рассматриваемого сечения детали.
Припуски, указанные в табл. 5.3, установлены из расчета обра-
ботки поковки с двух сторон. При обработке поковки с одной сто-
роны припуск следует уменьшить в 2 раза. Верхнее отклонение при
этом сохраняется, а нижнее принимается с коэффициентом 0,5. На
необрабатываемые поверхности отклонения на размеры выбирают
по табл. 5.3, а припуск принимают равным 0. Скосы между уступа-
ми, косина руба на торцах, уклоны назначаются не более 10°.
В остальных случаях проектирование кованых заготовок ведет-
ся аналогичным образом. Отличие состоит в том, что, если поковки
из углеродистой и легированной сталей изготавливаются ковкой
на прессах, количественные нормы (припуски, допуски и т. и.) рег-
ламентируются ГОСТ 7062—79, а для поковок из высоколегирован-
ных сталей, цветных сплавов или массой более 100 т — стандар-
тами отраслей и предприятий.
При оформлении чертежа поковки руководствуются ГОСТ 7829—
70 и ГОСТ 7062—79. Чертеж поковки, как правило, выполняется в
том же масштабе, что и чертеж детали. При этом контур детали нано-
сится тонкой штрихпунктирной линией с двумя точками. После
оценки возможности изготовления уступов и выемок наносят напус-
ки на соответствующие поверхности. Установив припуски, опреде-
ляют номинальные размеры поковки. Размеры проставляются с ука-
занием предельных отклонений (рис. 5.13).
103
О - л — /
** 5.3. Припуски и предельные отклонения поковок, получаемых
ковкой на молотах, мм
Диаметр детали D и размер сечения В, Н (свыше . < до)
Длина детали 1 (свыше... до) До 50 50 . .. 70 70 ., 90 90... . 120 120.. . 160 160 ... 200 200 ... .250 250.. . 300 300. . . . 360
Пр ипуски 8 и предельные- отклонения (±А/2)
До 250 5±2 6 ±'2 7±,2 8±3 9±3 — — — »—
250...500 6±2 7±2 8±2 9±3 10±3 и±з 12±3 13±4 14±4
500...800 7±2 8±2 9±3 10±3 11±3 12±3 13±4 14±4 15±4
800...1200 8±;2 9±3 10±3 11±3 12±3 13±4 14±4 15±4 16±4
1200...1700 10±3 11±3 12 ±4 13±4 14±4 15±4 16±5 17±5
1700...2300 — 11±3 12±3 13±4 14±4 15±4 16±5 17±5 18±5
2300...3000 13±4 14±4 15±4 16bb5 . 17±5 18±5 19±5
3000...4000 — — 15±5 16±5 17±5 18±5 19±5 20±6
4000...5000 >— 16±5 17±5 18±5 19±5 20±6 21 ±6
5000...6000 — — — — 18±5 19±<5 20±6 21±6 22^6
5.4. Дополнительные припуски для поковок с уступами, изготавливаемых ков-
кой на молотах, мм
Дополнительный припуск на диаметр (размер) Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений (свыше . . . до) Дополнительный припуск на диаметр (размер) Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений (свыше . . . до)
3 До 40 7 120...140
4 40...80 8 140... 160
5 80...100 9 160...180
6 100...120 10 Свыше 180
На чертеже всегда проставляется общая длина поковки. В по-
ковках типа вала длину элемента, который куют последним
(элемент диаметром (380±9) мм на рис. 5.13), не проставляют, а
определяют расчетным путем. Размеры поковок типа вала с усту-
пами проставляют от базового сечения (правый торец участка диа-
метром (740+11) мм).
Выше размерной линии указываются размеры, относящиеся к
поковке. Под размерами поковки в круглых скобках допускается
указывать размеры готовой детали или заготовки после обдирки.
В этом случае предельные отклонения указываются только для
размеров поковки.
В технических условиях чертежа оговариваются следующие
сведения: допустимые отклонения формы и размеров поковки, не
указанные на чертеже; виды, размеры и количество допускаемых
дефектов; вид термообработки; твердость заготовки, способ и место
ее замера; место и условия отбора технологических проб; требова-
ния к микро- и макроструктуре поковки.
Рис. 5.13. Пример оформления чертежа поковки, полученной
ковкой на прессе
105
5.3.5. Выбор технологического оборудования для ковки
Типоразмер необходимого ковочного оборудования определяют
по размерам заготовки и схеме операций ковки. При этом ориен-
тируются на наиболее тяжелую операцию данного технологического
процесса.
Массу падающих частей G, кг, определяют по формуле
G = 1,5-105рудУе, (5.3)
где Руд — давление прессования, МПа; V — объем дефор-
мируемого металла, м3, е — степень деформации за последний удар
(колеблется от 0,025 для крупных до 0,06 для мелких поковок).
Давление прессования находят в зависимости от операции ков-
ки по формулам:
при осадке руд = от(1 + 0,17D/H), (5.4)
при протяжке руд = voT(l'+ 0,17L/H), (5.5)
при прошивке
Руд = от(Г+ Q,\7d/h+ 1,1 ln(D/d)), (5.6)
где от — предел текучести металла при температуре деформации,
МПа; D — средний диаметр заготовки после деформации, мм;
Н — высота заготовки после деформации, мм; L — подача при про-
тяжке, мм; v — коэффициент, учитывающий форму бойков (для
плоских бойков v=l, для вырезных v=l,25); d — диаметр прошив-
ки, мм; h — толщина отхода, мм.
Необходимое для ковки усилие пресса, МН, v
Р = фРудЛ (5-7)
где ф — масштабный коэффициент (колеблется от 1,0 для малых
5.5. Данные для выбора массы падающих частей молотов
Масса падающих частей, кг Масса поковок, кг Наибольшее сечение заготовки (сторона квадрата), мм
Фасонных Наибольшая для гладких валов
средняя наибольшая
100 0,5 2 10 50 150 1,5 4 . 15 60 200 2 6 25 70 300 3 10 45 85 400 6 18 60 100 500 8 25 100 115 750 12 40 140 135 1000 20 70 250 160 2000 60 180 500 225 3000 100 320 750 275 5000 200 700 1500 350
106
5.6. Данные к определению усилия прессования при ковке на прессах
Усилие пресса, МН Исходная заготовка
Масса, кг£ТV й с. Диаметр, мм
6 500...2000 200...500
8 2 000...3 000 250...600
10 4 000...8 000 300...800
20 15 000...30 000 400...1 200
30 30 000...60 000 600...1 600
60 60 000—120 000 1 000...2 500
100 150 000...350 000 - 2 000...2 800
поковок до 0,5...0,4 для поковок массой 100...200 т); F—площадь
поперечного сечения заготовки в зоне деформации, м2.
Ориентировочно массу падающих частей молотов и необходим
мое усилие прессования можно определить с помощью табл.
5.5 и 5.6.
Для автоматизации процессов ковки применяют ковочные
комплексы с программным управлением. Например, комплексы
АКП 500/2,5 и АКП 1250/5 предназначены для изготовления осе-
симметричных поковок с вытянутой осью в режиме автоматическое
го и программного управления и поковок всех типов (колец, шайб,
фланцев и т. п.) в режиме ручного и полуавтоматического управ-
ления.
5.3.6. Дефекты кованых заготовок
Дефекты, возникающие при ковке, могут иметь различные при-
чины. С исходным металлом связаны такие дефекты, как несоот-
ветствие химического состава, размеров и формы исходной заготов-
ки, риски, волосовины, закаты, плены, трещины и др. Заусенцы,
волосовины, трещины, закаты и другое удаляют заточкой или вы-
рубкой. ,
Вследствие ошибок при нагреве заготовки возможно образова-
ние завышенного слоя окалины, обезуглероженного поверхностного
слоя, изменение микроструктуры металла (перегрев, пережог).
В процессе ковки возникают различные искажения формы, забои*
ны, вмятины, вогнутые торцы, увеличивающие концевые4 припуски.
При несоблюдении температурного режима ковки возможно обра-
зование наружных и внутренних трещин (расслоение), неблагопри-
ятной макроструктуры поковки.
При очистке на поверхности поковки могут обнаружиться забои-
ны, остатки окалины и следы травления. Необходимо отметить,
что торцевые и закалочные трещины, расслоения, пережоги, значи-
тельные отклонения формы являются неисправимыми дефектами..
v 107
S.4. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
5.4.1. Общая характеристика объемной штамповки
При объемной штамповке формообразование заготовки проис-
ходит в полости специального инструмента (штампа). Штамповка
может производиться в горячем и холодном состоянии. Объемной
штамповкой получают поковки разнообразной формы массой от
нескольких граммов до 1 т и более.
Рис. 5.14. Стадии штамповки в открытом (а...д)
и закрытом (е...к) штамповочных ручьях
В зависимости от типа
штампа различают штам-
повку в открытых, закры-
тых штампах и в штампах
для выдавливания.
Штамповка в откры-
тых штампах характери-
зуется тем, что зазор меж-
ду верхней и нижней час-
тями штампа является
переменным и уменьшает-
ся в процессе деформиро-
вания металла (рис. 5.14,
а-д). В зазор вытекает из-
лишек металла, который
образует заусенец. После-
дний является нежелате-
льным отходом, однако он
необходим для обеспече-
ния полного заполнения
ручья штампа.
Штамповка в закры-
тых штампах отличается
тем, что небольшой зазор
между верхней и нижней
частями штампа обеспе-
чивает лишь их взаимную
подвижность и в процес-
се деформирования метал-
ла остается постоянным
(рис. 5.14, е-к). Отсутст-
вие заусенцев в закрытых
штампах сокращает рас-
ход металла, исключает
необходимость в обрезке
заусенца. Однако этот тип
.108
4
а б
Рис. 5.15. Схемы штамповки в штам-
пах для прямого (а) и обратного (б)
выдавливания:
/ — пуансон; 2 г— матрица; 3 — поковка;
4 — выталкиватель
штампов применяется для сра-
внительно простых деталей, в ос-
новном тел вращения, и требу-
ет использования точных загото-
вок из калиброванного проката
или предварительно обработан-
ных.
При штамповке в штампах
для выдавливания (рис. 5.15)
расход металла на изготовление
поковок снижается (до 30 %) >
поковки получаются точные,
максимально приближающиеся
по форме и размерам к готовым
деталям, производительность
труда при механической обра-
ботке увеличивается в 1,5...2,0
раза. Поковки имеют высокое ка-
чество поверхности, плотную микроструктуру. Точность размеров
достигает 12-го квалитета. Однако требуются тщательная подго-
товка исходных заготовок под штамповку, высокая точность изго-
товления и наладки штампов, использование специальных смазок.
Этим способом получают заготовки из углеродистых и легирован-
ных сталей, алюминиевых, медных и титановых сплавов. Широкое
применение сдерживается высокими удельными усилиями дефор-
мирования, большими энергозатратами и низкой стойкостью
штампов.
По сравнению с ковкой горячая объемная штамповка имеет
следующие преимущества: возможность изготовления поковок более
сложной формы с высоким качеством поверхности (параметр ше-
Рис. 5.16. Схемы штамповки выдавливанием в разъемных мат-
рицах: поперечный (а), продольный (б) и смешанный (в)
разъем
109
= 10...1,6 мкм); меньше допуски на размеры (при точной штампов-
ке такие же, как и при обработке резанием); снижение припусков
в 2...3 раза, получение некоторых поверхностей, не требующих
обработки резанием; повышение производительности труда (десят-
ки и сотни поковок в час). К недостаткам ее относятся: ограниче-
ния по массе получаемых поковок; дополнительный отход ме-
талла в заусенец, достигающий 10...30 % от массы поковки; бо-
лее высокие усилия деформирования; инструмент (штамп) значи-
тельно сложнее и дороже, чем универсальный инструмент для
ковки.
Перспективно применение штамповки жидкого металла и
штамповки выдавливанием в разъемных матрицах.
Штамповка жидкого металла занимает промежуточное положе-
ние между обычной штамповкой и литьем под давлением. Этим
способом получают тонкостенные заготовки, различные по слож-
ности и по массе (до 10 кг), с высокой плотностью металла и по-
вышенными механическими свойствами: заготовки зубчатых колес,
фланцы, корпусные детали и крышки, пресс-формы для переработ-
ки пластмасс, барабаны и т. п.
При штамповке выдавливанием в разъемных матрицах послед-
няя имеет одну или несколько плоскостей разъема, по которым ее
части прилегают друг к другу (рис. 5.16). Общей особенностью
штампуемых заготовок является то, что они состоят из двух частей:
центральной в виде сплошного или полого цилиндра, призмы и пе-
риферийной в виде фланцев, отростков, выступов, ребер и пр.
К преимуществам штамповки в разъемных матрицах по сравнению
с открытыми штампами относятся: отсутствие заусенца; возмож-
ность получения поковок без штамповочных уклонов или с незначи-
тельными уклонами (до 1...3°); максимальное приближение формы
поковки к форме готовой детали за счет формирования внутрен-
них полостей; возможность получения поковок с более высо-
кой точностью размеров за счет постоянства усилия деформиро-
вания.
Однако штамповка в разъемных матрицах требует более слож-
ных и дорогостоящих оборудования и технологической оснастки,
нескольких штамповочных переходов с промежуточными нагрева-
ми в связи с более интенсивным охлаждением заготовки в штампе,
повышенного усилия деформирования.
5.4.2. Классификация штампованных поковок
В соответствии с ГОСТ 7505—89 основными признаками класси-
фикации штампованных поковок являются: точность изготовления;
группа стали; конфигурация поверхности разъема используемого
штампа, степень сложности.
ПО
По точности изготовления поковки могут быть пяти классов
(от 1-го класса точности Т1 до 5-го Т5). Класс точности поковок
устанавливают в зависимости от вида оборудования (технологичес-
кого процесса) по табл. 19 ГОСТ 7505—89.
Группа стали поковок определяется по содержанию углерода и
легирующих элементов: Ml — до 0,35 % и 2 %; М2 — 0,35...0,65 %
и 2...5 %, М3 — свыше 0,65 % и 5 % соответственно.
По конфигурации поверхности разъема используемого штампа
различают поковки с плоской (П) и симметрично (Ис) или несим-
метрично (Ин) изогнутой поверхностью разъема.
Степень сложности поковки
' С = Сп/6ф,. (5.8)
где Gn — масса (объем) поковки; Оф — масса (объем) геомет-
рической фигуры минимального объема, в которую вписывается
поковка (рис. 5.17).
По значению этого отношения, а также по конфигурации поков-
ки с помощью табл. 5.7 определяют степень сложности поковки
Рис. 5.17. Примеры поковок и геометрических фигур, в которые
могут быть вписаны поковки:
Ь, dt h и L — габаритные размеры поковок
111
ю
5.7. Классификация штампованных заготовок по степени сложности
Поковки Степень сложности
Cl 1 С2 1 С3 1 С4
Значение отношения <?п/<?ф
Св. 0,63 до 1,0 Св. 0,32 до 0,63 Св. 0,16 до 0,32 | До 0,16
Изготовляемые на моло-
тах и прессах:
типа тел вращения
в плоскости разъема
штампа
призматические
ЛС0,3 b
Без отверстия
крестовины Без отверстия
различной конфигу- Рычаги без от-
рации верстий и наме-
ток
валы, валики Валики с пере-
менным сечением
0,3 b<h^b
С отверстием
С выступами (звено
гусеницы)
С отверстием
Шатуны двигателя с
плавными перехода-
ми к ребрам, гаеч-
ные ключи
Коленчатые валы с
изгибом в одной
плоскости (фланец
получают при штам-
повке вала)
6</i^l,5 b
С отверстием и вы-
ступами
h> 1,56
С отверстием, выступами,
ребрами, рычагами; шестер-
ни с зубьями
Изготовляемые на гори- За 2 перехода За 3 перехода
зонтально-ковочных ма-
шинах и прессах выдав-
ливанием (блоки шесте-
рен, поковки с полостями
и раструбами, концевые
высадки, полуоси, стерж-
ни с меняющимся сечени-
ем, поковки с полостями
без фланцев и с фланца-
ми и др.)
примечание. При определении значений b, h (см. рис. 5.18).
Шатуны, балки пе-
редней оси с полка-
ми и без полок для
рессор
Коленчатые валы с
изгибом в одной
плоскости с проти-
вовесами (фланец
получают отдель-
ной операцией —
высадкой); распре-
делительные валы
За 4 перехода
Шатуны, лопатки турбин,
стойки поворотных кула-
ков, вилки переключения
скоростей с тонкими высо-
кими ребрами и выступами
Коленчатые валы с проти-
вовесами и расположением
колен в разных плоскостях
(фланец получают отдель-
ной операцией — высад-
кой)
За 5 и более переходов
(Cl, C2, СЗ-или C4). Поковки типа тонких дисков, фланцев и колец
с отношением толщины к диаметру /i/d^0,2 относятся к поковкам
со степенью сложности С4.
По способу производства поковки делятся на молотовые, штам-
пуемые на прессах (кривошипных горячештамповочных, гидрав-
лических, винтовых) и горизонтально-ковочных машинах, получа-
емые специализированными методами штамповки. Поковки каждо-
го вида дополнительно подразделяются на группы, в значительной
степени определяющие характер последующего технологического
процесса [5].
5.4.3. Проектирование штампованной заготовки
Исходной информацией для проектирования поковки являются:
чертеж детали с указанными на нем размерами, предельными откло-
нениями размеров, шероховатостью поверхностей и маркой мате-
риала; программа выпуска деталей и серийность производства;
условия эксплуатации детали; основные сведения о технологии об-
работки поковки после штамповки.
В начале проектирования определяют способ штамповки, кото-
рый может существенно повлиять на конструкцию, размеры и точ-
ность поковки, особенно если она штампуется на горизонтально-
ковочных машинах или гидравлических прессах (см. п. 5.4.6). Спо-
соб штамповки выбирается, исходя из конструктивных размеров и
формы готовой детали, технических условий на ее изготовление,
характера течения металла в штампе, типа производства, а также
из возможностей различных способов штамповки (на молотах,
кривошипных горячештамповочных или гидравлических прессах,
на горизонтальноковочных машинах и др.). Подробнее особенности
различных способов штамповки рассматриваются в п. 5.4.5.
Затем выбирают положение поверхности разъема штампа. При
этом прежде всего предусматривают возможность свободного вы-
хода поковки из полости штампа. Для этого площадь любого се-
чения поковки выше и ниже поверхности разъема штампа должна
уменьшаться по мере удаления от этой поверхности за счет соот-
ветствующих естественных откосов или штамповочных уклонов.
Например, для шара поверхность разъема может проходить через
диаметральное сечение фигуры 1-1 (рис. 5.18, а). Смещение поверх-
ности разъема в положении 2-2 (рис. 5.18, б) приводит к напускам
и потере металла, искажению формы поковки. Для куба возможны
три положения поверхности разъема штампов (рис. 5.18, в): плос-
кость 1 требует напусков от штамповочных уклонов по четырем бо-
ковым граням; тоже и плоскость 2, хотя потери металла в напуски
здесь меньше; плоскость 3 создает в каждой части штампа естест-
венные откосы по двум плоскостям. Для длинных цилиндров целе-
113
Рис. 5.18. Возможные положения поверхностей разъема штампов для про-
стых геометрических фигур
сообразнее применять разъем по плоскости 3 (поперечная штампов-
ка, рис. 5.18, д), так как напуски от штамповочных уклонов здесь
будут только у торцов. Для коротких цилиндров применяют плос-
кость 2 (продольная штамповка, рис. 5.18, г). Для усеченного кону-
са используют вариант 1, если угол конуса а достаточен для извле-
чения поковки из ручья без приложения значительных усилий (рис.
5.18, е). Поковки большой длины обычно штампуют по варианту 2
с напусками от штамповочных уклонов на торцах.
В большинстве случаев разъев устанавливают в плоскости наи-
больших габаритных размеров поковки. В этом случае полости
штампов получают неглубокими, облегчается их заполнение, умень-
шаются напуски, но увеличивается периметр и объем заусенца
(рис. 5.19, б, г). Если другое положение дает существенное умень-
шение массы поковки за счет наметки отверстия (рис. 5.19, а)
или отходов за счет уменьшения периметра поковки (рис. 5.19, в),
допускается располагать разъем и в плоскости меньших габаритных
размеров. При этом желательно использовать естественные
уклоны.
Для поковок шестерен при любых соотношениях размеров пред-
почтительнее продольная штамповка, так как макроструктура по-
ковки получается одинаковой у всех зубьев шестерни, что обеспе-
чивает высокую и равную их прочность. При поперечной штамповке
114
Рис. 5.19. Влияние поверхности
разъема штампа на форму поковок
Рис. 5.20. Штамповка осаживанием (а)
и вдавливанием (б и в)
часть зубьев шестерни ослаблена из-за невыгодного расположения
в них волокна.
По возможности поверхность разъема должна проходить по оси
симметрии детали, с тем чтобы в обеих половинах штампа распо-
лагался примерно одинаковый объем металла (рис. 5.21). Трудно
заполняемые элементы штампа, формирующие тонкие высокие реб-
ра, бобышки и т. п. должны располагаться в его верхней половине.
На боковых поверхностях поковки не должно быть поднутрений.
Заполнение ручья штампа осаживанием в нем металла (ручей
шире заготовки, рис. 5.20, а) происходит легче, чем вдавливанием
(ручей уже заготовки, рис. 5.20, б, в).
Линия пересечения поверхности разъема с поковкой должна
проходить по телу поковки (рис. 5.22, а). В этом случае уже не-
большое смещение одной из половин штампа легко обнаружить.
Если разъем проходит по торцевой поверхности, смещение заме-
тить трудно (рис. 5.22, б). Если деталь имеет бобышку с одной
стороны, поковку можно расположить в одной половине штампа
(рис. 5.22, в, г).
Желательно, чтобы поверхность разъема штампа была плоской
(рис. 5.23, а), что обеспечивает относительно простое изготовление
штампов и хорошие условия обрезки заусенца. Ломаная линия
разъема (рис. 5.23, б) снижает расход металла за счет уменьшения
высоты уклонов, но усложняет изготовление штампов.
Для поковки с бобышками, развитыми в одну сторону по от-
ношению к плоскости разъема, прямая линия разъема (рис. 5.23,
в) приводит к повышенному расходу металла и плохому заполне-
на
Рис. 5.22. Положение по-
верхности разъема:
а — правильное; б — непра-
вильное; в, г — смещенное
для поковок с односторонней
бобышкой; / — смещение по-
ловины штампа; 2 — поверх-
ность разъема
< Рис. 5.23. Разъем штампов
для длинноосных поковок:
/—/ — прямая и II—II — ло-
маная линия разъема штампа
Рис. 5.24. Деталь с плоской
(а) и ступенчатой (б) по-
верхностью разъема
Рис. 5.25. Выбор положения разъема штампа по условию работы
детали
нию углов К глубоких полостей штампа. При ломаной поверхности
разъема штампа (рис. 5.23, г) углы К расположены в менее глубо-
ких полостях штампов, что улучшает условия их заполнения. При
штамповке удлиненной поковки простой формы и небольшой тол-
щины целесообразно использовать разъем штампа по плоской
части поковки (рис. 5.23, д, е).
В некоторых случаях ломаная поверхность разъема (рис.
5.24) позволяет избежать напусков и дает возможность умень-
шить объём обработки резанием и расход металла.
Иногда положение поверхности разъема штампов и соответствен-
но форма поковки определяются заданной макроструктурой. На-
пример, если деталь (рис. 5.25) работает на срез по линии а-а, то
117
5*9* Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковок, мм
Исход- ный индекс Длина, ширина, диаметр, глубина и высота поковки
до 40 40-43 63—100 | 100-160 | | св. 250
Длина, ширина, диаметр, глубина и высота поковки
до 40 40—100 100—160 160-250 250—400 400—630 630—1000
1 0,3 +0,2 -0,1 0,4 +0,3 -0,1 0,5 +0,3 -0,2 0,6 +0,4 -0,2 0,7 +0,5 -0,2 — — — —
2 0,4 +0,3 -0,1 0,5 +0,3 -0,2 0,5 +0,4 -0,2 0,7 +0,5 -0,2 0,6 +0,5 -0,3 0,9 +0,6 -0,3 — —
3 0,5 +0,3 -0,2 0,6 +0,4 -0,2 0,7 +0,5 -0,2 0,8 +0,5 -0,3 0,9 +0,6 -0,3 1,0 +0,7 -0,3 1,2 +0,8 -0,4
4 0,6 +0,4 -0,2 0,7 +0,5 -0,2 0,8 +0,5 -0,3 0,9 +0,6 -0,3 1,0 +0,7 -0,3 1,2 +0,8 -0,4 1,4 +0,9 -0,5
^5 +03 -0,2 +03 AS- +0,6 -+0;3 ДЗ- +0,7 1г2 +0,8 -ох 1.4. +0,9 -0,5 2,6 +1,1 -0,5
6 0,8 +0,5 -0,3 0,9 +0,6 -0,3 1,0 +0,7 -0,3 1,2 +0,8 -0,4 1,4 +0,9 -0,5 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7
7 0,9 +0,6 -0,3 1,0 +0,7 -0,3 1,2 +0,8 -0,4 1,4 +0,9 -0,5 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7 2,2 +1,4 -0,8
8 1,0 +0,7 -0,3 1,2 +0,8 -0,4 1,4 +0,9 -0,5 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7 2,2 +1,4 -0,8 2,5 +1,6 -0,9
9 1,2 +0,8 -0,4 1,4 +0,9 -0,5 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7 2,2 +1,4 -0,8 2,5 +1,6 -0,9 2,8 +1,8 -1,0
10 1,4 +0,9 -0,5 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7 2,2 +1,4 -0,8 2,5 +1,6 -0,9 2,8 +1,8 -1,0 3,2 +2,1 -1,1
11 1,6 +1,1 -0,5 2,0 +1,3 -0,7 2,2 +1,4 -0,8 2,5 +1,6 -0,9 2,8 +1,8 -1,0 3,2 +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2
12 2,0 +i,a -0,7 2,2 +1,4 -0,8 2,5 +1,6 -0,9 2,8 +1,8 -1,0 3,2 +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3
13 2,2- +1Л <8 -0,9 ^23 +1,8 -1,0 3,2 +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5
14 2,5- +1,6 AS J2X +1,8 -42" +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7
15 2,8 +1,8 -1,0 3,2 +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9
16 3,2 +2,1 -1,1 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9 6,3 +4,2 -2,1
17 3,6 +2,4 -1,2 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9 6,3 +4,2 -2,1 7,1 +4,7 -2,4
18 4,0 +2,7 -1,3 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9 6,3 +4,2 -2,1 7,1 +4,7 -2,4 8,0 +5,3 -2,7
19 4,5 +3,0 -1,5 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9 6,3 +4,2 -2,1 7,1 +4,7 -2,4 8,0 +5,3 -2,7 9,0 +6,0 -3,0
20 5,0 +3,3 -1,7 5,6 +3,7 -1,9 6,3 +4,2 -2,1 7,1 +4,7 -2,4 8,0 +5,3 -2,7 9,0 +6,0 -3,0 10,0 +6,7 -3,3
120
Рис. 5.26. Штамповочные уклоны:
а — обычные; б — двойные; а — наруж-
ный; Р — внутренний; у — входной
при остывании поковки оказываются плотно посаженными на выс-
тупы штампа. При сложной конфигурации поковки один и тот же
уклон может неоднократно переходить из наружного во внутренний
и обратно. На поковках, имеющих форму тел вращения, с целью
экономии металла делают двойные уклоны: входной у и основной
а (рис. 5.26, б).
Штамповочные уклоны зависят от формы и размеров полости
штампа в плане, ее глубины, материала поковки, способа штам-
повки, наличия выталкивателей и т. п. Рекомендуемые значения
уклонов приведены в табл. 5.10. Меньшие значения принимают при
малом отношении глубины к ширине полости штампа. После назна-
чения штамповочные уклоны корректируют таким образом, чтобы
линия разъема в верхнем и нижнем штампах была одинаковой
(рис. 5.27). После этого на все пересечения поверхностей поковки
назначают радиусы закруглений, которые уменьшают концентра-
5.10. Штамповочные уклоны
Штамповочное оборудование Штамповочные уклоны, °
наружные внутренние
Молоты 1...7 3...10
Кровошипные горячештамповочные прессы с выталкива- телем 3...5 5...7
Гидравлические прессы 1...2 2...4
Прессы без выталкивателя Горизонтально-ковочные машины: 5...7 7...10
поверхности, выполняемые пуансоном 0,25... 1 0,25...3
поверхности, выполняемые матрицей 0,5...5 1...7
121
Рис. 5.27. Корректировка угла
штамповочного уклона при несим-
метричном относительно поковки
расположении поверхности разъе-
ма
Рис. 5.28. Наружные и внутрен-
ние радиусы закруглений поковки
(а) и штампа (б)
цию напряжения в углах ручьев штампа, улучшают заполнение
полости штампа и уменьшают износ острых углов и кромок штам-
пов.
Различают два вида радиусов закругления штампов: внутрен-
ние Гвн и наружные, или внешние, гн (рис. 5.28, б). У поко-
вок буквенные обозначения радиусов располджены в обратном
порядке (рис. 5.28, а). Радиусы закруглений должны иметь доста-
точную величину. Наружный радиус RH у поковок трудно выпол-
нить небольшим: металл затекает в угол штампа с малым радиусом
5.11. Наименьшие радиусы закруглений внешних углов поковок, мм
** Масса поковки (свыше...до), кг Наименьшие радиусы закруглений при глубине полости штампа (свыше...до), мм
до 10 10...25 25...50 Свыше 50
До 1,0 1,0 1,6 2,0 3,0
1,0...6,0 1,6 2,0 2,5 3,5
6,0...16,0 2,0 2,5 3,0 4,0
16,0...40,0 2,5 3,0 4,0 5,0
40,0...100,0 3,0 4,0 5,0 7,0
Свыше 100,0 4,0 5,0 6,0 •8,0
122
Рис. 5.29. Схема течения металла
при деформировании штампуемой
поковки:
а — радиусы закруглений занижены —»
образование складки на поковке; б —
радиусы закруглений достаточны
© последнюю очередь. Чем больше
глубина полости штампа, заполняе-
мой выдавливанием, тем труднее по-,
лучить малый радиус закругления
у поковки. Занижение внутренних
радиусов поковок 7?Вн ведет к обра-
зованию «зажимов» в теле поковок.
На рис. 5.29 схематически показана
.последовательность деформирования
штампуемой поковки при занижен-
ных и достаточных радиусах закруг-
лений.
Согласно ГОСТ 7505—89 радиу-
сы закруглений внешних углов по-
ковок выбирают по табл. 5.11 в за-
висимости от массы поковки и глу-
бины полости ручья штампа. Вну-
тренние радиусы примерно в 3 ра-
за больше соответствующих наруж-
ных. Достаточно, чтобы значения
этих радиусов были на 0,5...1 мм
больше припуска на механическую
обработку поковки. Если для обра-
батываемых кромок рекомендуемый
радиус окажется меньше суммы значений наружного радиуса за-
кругления (или фаски) на обработанной детали и назначенного
припуска, то полезно радиус увеличить до указанной суммы.
Наружные радиусы закруглений у необрабатываемых поверх-
ностей обычно увеличивают. Для облегчения заполнения трудно
выполнимых ребер и бобышек рекомендуются максимальные ра-
диусы на их вершине, чтобы на последней оставался небольшой
плоский участок или получалось полное закругление вершины од-
ним радиусом.
Для упрощения изготовления ручьев штампов значения приня-
тых радиусов закруглений рекомендуется унифицировать в каждой
поковке, назначая неодинаковые радиусы только в тех случаях,
когда это упрощает изготовление штампа.
При наличии в детали полости или отверстия проектируют на-
метку отверстия (рис. 5.30, а, б, в).
В случаях, когда получить сквозное отверстие при штамповке
невозможно, применяют наметку отверстия с перемычкой малой
толщины.
При штамповке таких поковок в наиболее тяжелых условиях ра-
ботают выступы штампов, называемые знаками. Вследствие их ма-
лой стойкости полости диаметром менее 30 мм при горячей штам-
повке не выполняют. При штамповке поковок большой высоты ог-
123
Рис. 5.30. Типы поковок с наметками
раничиваются получением лишь глухих наметок (рис. 5.30, б) без
последующей просечки отверстий. Наметки можно получить с
двух сторон поковки. Выполнение сквозных отверстий в поковках
обязательно, если диаметр отверстий больше или равен высоте по-
ковок. Возможны различные варианты расположения поверхности
разъема штампа и образующейся перемычки (рис. 5.30, в, г, д, е,
ж, з). Последняя легко удаляется в просечном штампе при обрезке
заусенца.
В зависимости от формы и размеров штампуемого отверстия
различают наметки с плоской перемычкой, с раскосом, с магазином,
с карманом и глухие (рис. 5.31),
Плоскую перемычку (рис. 5.31, а) получают в небольших от-
верстиях с диаметром основания
^осн. min == 24 + 0,0625Вп, (5.9)
где Dn — наибольший диаметр поковки, мм.
Наметка верхним знаком делается глубиной h^.docs, а ниж-
ним — глубиной /i<0,8 с1осн. Чтобы сохранить стойкость инструмен-
та и не допустить излишнего расхода металла, наметка должна
иметь толщину
s = 0,45-frZocH — 0,25/1 — 5 + 0,6. (5.10)
124
Рис. 5.31. Перемычки в наметках отверстий:
а — плоская; б — с раскосом; в — с магазином; . —с карманом; д — глухая
наметка
При /г/йотв<0,4 вместо плоских наметок рекомендуется приме-
нять наметки с раскосом (рис. 5.31,6), при этом толщина пере-
мычки Smin=0,65s, a smax=1,35s, где s определяют по формуле
(5.10).
Наметка с магазином (рис. 5.31, в) применяется для отверстий
с с?отв>55 мм при наличии предварительного ручья, формирующего
наметку с раскосом. В этом случае можно получить меньшую тол-
щину перемычки в месте среза h0.
Для низких поковок h/don<.Qfi7 после штамповки в предвари-
тельном ручье с плоской наметкой для снижения усилия и повыше-
ния стойкости знаков окончательного ручья рекомендуются наметки
с карманом (рис. 5.31, г). При этом толщина перемычки
s = 0,4Kd^7 (5.11)
Если глубина намечаемого отверстия Л>1,7 doen или после
назначения радиуса закругления не остается плоского участка, то
125
Рис. 5.32. Рекомендуемый (а), воз-
можный (б) и нежелательный (в)
варианты размещения перемычки в
наметке отверстия
Рис. 5.33. Сечение штампованной де-
тали
ограничиваются глухой наметкой (рис. 5.31, д). Радиус закругления
глухой наметки
r = d0CH/2tg (45°-а/2), (5.12)
где а — внутренний угол, град.
Для двухсторонней наметки рекомендуется смещать поверхность
внутреннего разъема, а с ним и перемычку по отношению к поверх-
ности внешнего разъема (рис. 5.32), что значительно облегчает
центрированные поковки в окончательном ручье.
В случае необходимости выбирают размеры ребер и расстояния
-между ними. К основным размерам поковок с ребрами (рис. 5.33)
относятся радиусы сопряжений R, радиусы закруглений Ri, высота
ребра h, толщина ребра, равная 2^1, углы'наклона полотна у.
Максимальное расстояние а между ребрами для всех марок мате-
риалов зависит от высоты ребра: при высоте ребра мм а —
= (30...35) $; при Л^35,5 мм а=(25...3О) $; при h^71 мм а=(20...
...25) s, где $ — толщина полотна. При расстоянии между ребрами
до 125 мм угол у принимают равным 2°, при а>125 мм — от 0 до
1° 30'.
5.4.4. Оформление чертежа штампованной заготовки
Чертеж поковки по ГОСТ 3.1126—88 и в соответствии с реко-
мендациями ГОСТ 7505—89 выполняется, как правило, в масштабе
изображения чертежа детали, преимущественно в масштабе 1:1.
Поковки простой формы или с размерами более 750 мм можно вы-
полнять в другом масштабе, но и для них сложные сечения рекомен-
дуется выполнять в натуральную величину. Поковки сложной фор-
мы с размерами менее 50 мм желательно изображать в масштабе
2:1, при этом наиболее характерные проекции повторяют в мас-
штабе 1:1.
Контур детали на чертеже поковки наносят тонкой штрихпунк-
126
Исходные базы
К~23
34 .
24,5
R8
А-А
R6
R12
4. Размерь! без допусков выдерживать
до±о,дмм
Стрль 4о
1. допускается заусенец после.
' обрезки до 1мм но сторону;
смещение по линии разъема
штампа-до 0,6 мм
2. Твердость 156...207нв
3. неуказанные радиусы закруг -
пений 1,5 мм, уклоны 5°
76
R8
R3/'
R16
R1b
Рис. 5.34. Пример оформления чертежа штампованной поковки
тирной линией с двумя точками, при этом изображение детали мож-
но несколько упростить. Допускается выполнять чертеж поковкй
на копии чертежа детали. Желательно изображение поковки давать
в разрезах и сечениях на минимальном числе проекций. На черте-
же поковки поверхность разъема штампа изображают тонкой штрих-
пунктирной линией, которая обозначается на концах знаком:
X----------X, а место отбора образцов для испытаний (проб)
указывают тонкой сплошной линией.
На чертеже поковки (рис. 5.34) на основании технологической
карты указывают исходные базы для механической обработки.
В качестве таких баз рекомендуется выбирать участки поковки с
наибольшим диаметром или другие поверхности, удобные для за-
хвата и фиксации. Иногда для этой цели на поковке делаются спе-
циальные выступы.
Размеры на чертеже соответствуют холодной поковке и указы-
ваются от базовых поверхностей поковки. При этом необходи-
мо учитывать удобство проверки величин припусков и размеров
на поковке, а также простоту размотки поковки при контроле.
Следует избегать простановки размеров от линии разъема, если
она не совпадает с осью детали. Размерные линии для проста-
127
новки размеров поверхностей с уклонами проводят от вершин
уклонов.
Под размерами поковки допускается наносить размеры готовой
детали в круглых скобках. При простановке размеров, радиусов
уклонов и допусков целесообразно указывать их минимальное
количество, а по остальным размерам и допускам сделать надпись
в технических условиях.
В технических условиях чертежа следует также указывать:
неоговоренные штамповочные уклоны, радиусы закруглений, допус-
ки на вертикальные и горизонтальные размеры; допускаемые ос-
татки заусенца, виды и величины внешних дефектов, дефектов
формы; состояния поверхности и способ ее очистки; вид термообра-
ботки, твердость и место ее замера; место и способ клеймения по-
ковки; размеры образцов для испытаний.
5.4.5. Пример проектирования штампованной заготовки
Необходимо спроектировать штампованную заготовку для де-
тали, представленной на рис. 4.11. Материал детали — сталь 40Х,
масса — 10,1 кг, годовая программа выпуска — 5000 шт. С учетом
особенностей конструкции детали выбираем для изготовления за-
готовки штамповку на ГКМ. В связи с этим выбираем две плоскости
разъема штампа: по продольной оси детали и по плоскости наиболь-
шего диаметра фланца. Массу поковки ориентировочно оцениваем
в 12,5 кг. ,
В соответствии с ГОСТ 7505—89 (см. п. 5.4.2) устанавливаем
характеристики поковки: класс точности — Т4, группа стали — Ml,
степень сложности — СЗ, поверхность разъема штампа — П. По
табл. 5.8 на обрабатываемые поверхности назначаем припуски с
учетом массы и характеристик поковки, размеров и шероховатос-
ти детали после обработки: на размер /=125—3,1 мм, 0165—
2,9 мм, 0 45—2,7 мм, /=12—2,7 мм. На отверстия 0 12. мм назна-
чаем напуски.
Уклоны устанавливаем с учетом рекомендаций п. 5.4.6 и табл.
5.10: для наружных поверхностей, формируемых пуансоном,— 15';
для формируемых матрицей — 3°.
В соответствии с рекомендациями табл. 5.11 и требованиями
чертежа готовой детали устанавливаем радиусы закруглений 5 мм.
Ввиду большой глубины центрального отверстия проектируем од-
ностороннюю, наметку ступенчатого глухого отверстия с глубиной
каждой ступени Л«2 dOCH и уклоном полости 30' (формируется
пуансоном).
Определив номинальные размеры поковки, по табл. 5.9 находим
допуски на них, после чего оформляем чертеж поковки (рис. 5.35).
Расчетная масса штампованной заготовки — 12,8 кг.
128
/. Неуказанные штампобочные уклоны 15®радиусы R5
г.Допускаемый заусенец-до 7,5
3. Допускаемое смещение по плоскости разъема штампа не долее 1,2
у. масс точности изготовления -Т4, группа стали-М1, степень сложности-СЗ
Рис. 5.35. Чертеж штампованной заготовки детали (см. рис. 4.11)
5.4.6. Технологические особенности штамповки на молотах,
прессах и горизонтально-ковочных машинах
Штамповка на молотах. Молоты различных конструкций при-
меняют для горячей штамповки преимущественно в открытых
штампах. Штамповка на молоте экономически целесообразна в
серийно.м производстве. Крупногабаритные поковки массой свыше
60 кг из-за ограниченной мощности прессов могут быть отштампо-
ваны только на тяжелых штамповочных молотах. Наиболее распро-
странены паровоздушные молоты двойного действия. При штампов-
ке на молотах возможно регулирование энергии удара, слабые уда-
ры могут быть нанесены с повышенной частотой. Деформирование
в одном ручье осуществляется за несколько ударов. Большие ско-
рости деформации при штамповке на молотах благоприятно
сказываются на заполнении сложного рельефа штампа.
5 «7
129
Молоты имеют малый КПД (не более 30 %). Они неэкономичны
в эксплуатации при изготовлении мелких и средних поковок. Высо-
кая стоимость молотовых установок связана с использованием ко-
тельных или компрессорных станций и громоздких фундамен-
тов.
Штамповку на молотах характеризует невысокая производи-
тельность труда, невысокая точность размеров поковок (допуск
достигает нескольких миллиметров), большой расход металла на
напуски от штамповочных уклонов вследствие ограниченного при-
менения выталкивателей.
Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах.
Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) вытеснили
молоты и получили распространение в крупносерийном и массовом
производстве поковок сложной формы массой до нескольких сот
килограммов. Они отличаются более высокой стоимостью, но при-
способлены для высокомеханизированного и автоматизированного
производства поковок, допускают эксцентричное расположение
ручьев в штампе, снабжены нижним и верхним выталкивателями.
Нерегулируемый конец рабочего хода КГШП не позволяет дефор-
мировать заготовку в одном ручье за несколько ходов. Скорость
в момент начала деформации этих прессов не превышает
0,6...0,8 м/с; усилие составляет 6,2... 120 МН.
При штамповке на КГШП получают поковки, более близкие по
форме к готовой детали (рис. 5.36), с более точными размерами
(особенно по высоте), чем при штамповке на молотах. Более совер-
шенная конструкция штампов обеспечивает меньшую велечину
смещения половин штампа, уменьшение припусков (на 20...30 %),
напусков, штамповочных уклонов (в 2...3 раза), допусков и как
следствие — увеличение коэффициента использования металла.
Производительность штамповки повышается примерно в 1,4 ра-
за за счет сокращения числа
ударов в каждом ручье до
одного. Себестоимость поко-
вок снижается на 10...30 %
за счет уменьшения расхода
металла и эксплуатационных
затрат.
К числу основных недо-
статков КГШП относятся их
высокая стоимость (пример-
но в 3...4 раза выше, чем у
молотов); меньшая универ-
сальность; худшее заполне-
ние глубоких полостей из-за
малой скорости деформации,
а 5
Рис. 5.36. Заготовка детали, полученная
штамповкой на молоте (а) и на КГШП (б)
130
более сложная конструкция, регулировка и эксплуатация штам-
пов.
Штамповка на винтовых прессах. Винтовые прессы (фрикцион-
ные и гидровинтовые) по принципу воздействия на заготовку пред-
ставляют собой машины промежуточного вида между прессом и
молотом. Ползун винтового пресса в конце хода вниз производит
удар со скоростью 1...3 м/с, что в 4...8 раз меньше скорости бойка
молота. Эта особенность винтовых прессов определила их исполь-
зование для штамповки поковок из труднодеформируемых и мало-
пластичных сталей и сплавов. Сравнительно малая скорость в нача-
ле рабочего хода пресса и возможность применять вместо цельно-
блочных сборные штампы и разъемные матрицы позволяет полу-
чать поковки весьма сложной конфигурации.
Винтовые фрикционные прессы изготовляют с номинальным уси-
лием 0,4... 16 МН. Фрикционные прессы малопригодны для много-
ручьевой штамповки, так как значительные эксцентричные нагрузки
здесь недопустимы. Поэтому их применяют преимущественно для
одноручьевой торцовой штамповки в открытых и закрытых штам-
пах, а также для гибки, правки и некоторых других операций.
Наличие большого хода у этих прессов (200...710 мм) позволяет
штамповать высокие поковки.
Благоприятные схемы напряженного состояния, создаваемые
в закрытых ручьях, и низкие скорости деформирования обеспечива-
ют успешное использование фрикционных прессов при обработке
малопластичных (например, магниевых) сплавов.
Тихоходность, и как результат этого — низкая производитель-
ность этих прессов,— резко ограничивают их применение в крупно-
серийном производстве, но зато фрикционные прессы весьма удобны
в мелкосерийном производстве. При изготовлении мелких поковок
они способны заменить штамповочные молоты, кривошипные прес-
сы и даже горизонтально-ковочные машины.
Гидровинтовые прессы изготовляют усилием 1...100 МН. Прессы
снабжены нижним выталкивателем и приспособлены для штампов-
ки в разъемной матрице. Они менее быстроходны, чем винтовые
фрикционные прессы, компактны и более мощны (энергия удара
в десятки раз больше энергии наиболее крупных винтовых фрикци-
онных прессов). На гидровинтовых прессах получают поковки из
алюминиевых сплавов с высокими ребрами толщиной до 0,5 мм при
штамповочном уклоне 0,5° и радиусе закругления 0,3 мм.
Штамповка на гидравлических прессах. Гидравлический пресс
имеет неударный характер работы. Рабочий ход его ползуна осу-
ществляется при очень небольшой, но постоянной скорости, обычно
до 0,15...0,2 м/с. Штамповочные гидравлические прессы изготовля-
ют с обычным или увеличенным рабочим ходом подвижной попе-
речины и снабжают гидравлическими выталкивателями, а также
5*
131
выдвижным столом для удобства перемещения и смены штампов
мостовым краном. Гидравлический штамповочный пресс значитель-
но дороже, тихоходнее и менее производителен, чем штамповочный
молот с эквивалентной массой падающих частей.
На гидравлических прессах штампуют поковки из черных и
цветных металлов в тех случаях, когда не может быть использо-
ван молот: при штамповке крупных поковок с площадью проекции
до 2,5 м2 или массой свыше 350 кг; при штамповке заготовок из
малопластичных „металлов, не допускающих больших скоростей
деформации (титановые сплавы, некоторые жаропрочные стали и
сплавы); в тех случаях, когда необходим очень большой ра-
бочий ход пуансона; при различных видах штамповки выдавли-
ванием.
Гидравлические прессы используют также для штамповки ме-
таллов и сплавов с небольшой температурой начала штамповки
(алюминиевые и магниевые сплавы) и для штамповки крупных по-
ковок, которые нельзя получить на другом оборудовании из-за
недостатка мощности.
Рис. 5.37. Типовые поков-
ки, штампуемые на ГКМ
Гидравлические штамповочные прессы изготовляют с номиналь-
ными усилиями свыше 50 МН и до 750 МН
для штамповки крупных поковок; усилиями
4...5 МН и выше главным образом для штам-
повки малопластичных сплавов. На гидрав-
лических прессах успешно применяют цель-
ноблочные и сборные штампы с открытыми
и закрытыми ручьями.
Штамповка на горизонтально-ковочных
машинах. Горизонтально-ковочные машины
(ГКМ) представляют собой горизонтальные
кривошипные горячештамповочные прессы
усилиями 6,3...125 МН. На ГКМ штампуют
в открытых, закрытых штампах и в штам-
пах для выдавливания. Типичным процес-
сом является многоручьевая высадка в за-
крытых двухразъемных штампах. Основным
признаком штампов ГКМ является наличие
двух взаимно перпендикулярных разъемов.
Поковки, изготовляемые на ГКМ, обыч-
но имеют форму тел вращения с прямой
осью, направленной по оси исходного прут-
ка. По форме они могут быть отнесены к
двум основным группам: к поковкам типа
стержня сплошного сечения с одним или
несколькими утолщениями и стержня со
сквозным отверстием. У поковок первого ти-
132
па в стержневой части площадь поперечного сечения должна быть
постоянной, а утолщения, если они располагаются на концах по-
ковки, могут быть полыми. Основные виды типовых поковок пока-
заны на рис. 5.37. Поковки, форма которых существенно отличается
от форм тел вращения, на ГКМ обычно не штампуют. Поковки,
изготовляемые на ГКМ, по припускам и допускам ближе к моло-
товым поковкам, чем к поковкам, изготовляемым на КГШП. Про-
изводительность этих машин приблизительно одинакова.
Недостатками ГКМ являются: ограниченные номенклатура и
масса (до 150 кг) штампуемых поковок; необходимость примене-
ния в качестве исходного материала проката, как правило, повы-
шенной точности, а иногда калиброванного, так как машина работа-
ет враспор; при колебаниях объема исходной заготовки из-за до-
пуска на размеры сечения проката обычной точности штамповка в
закрытых и открытых ручьях является невозможной или практи-
чески нерациональной. Сравнительная характеристика различных
способов штамповки и ковки представлена в табл. 5.12.
5.4.7. Особенности конструирования поковок, штампуемых
на горизонтально-ковочных машинах и гидравлических
прессах
При штамповке поковки на ГКМ разъем между матрицами
устанавливают в плоскости ее осевого сечения А—А, а разъем меж-
ду пуансоном и матрицей — в плоскости наибольшего поперечного
сечения Б—Б (рис. 5.38, а). Возможные варианты положения разъе-
ма между матрицами и пуансоном для случая, когда утолщенная
часть поковки представляет собой фигуру постоянного сечения,
показаны на рис. 5.38, б, в, г, д.
Припуски и допуски поковок в том случае определяют по
ГОСТ 7505—89, т. е. с учетом в основном тех же факторов, что и
Б
г д
Рис. 5.38. Возможные положения плоскости разъема
между матрицей и пуансоном при штамповке заго-
товок на ГКМ
133
5.12. Сравнительная характеристика различных способов штамповки и ковки
Способ получе- ния поковки Тип произ- водст- ва Материал поковок Масса поковок, кг Припуски на сторо- ну, мм Штамповоч- ные уклоны, ° Достижи- мая точ- ность, квалитет
Ковка Е, С Углеродистые и легирован- 0,5... 250 000 По се- чению 16...17 и выше
Горячая штам- С, ные стали и легкие сплавы Стали, цвет- 0,1...2000 2...40, по дли- не 8...70 0,75...4,25 7...10 15...17
повка на мо- лотах реже М ные металлы
Горячая штам- С,М » 0Д...1000 0,5...3,0 3...7 13...17
повка на меха- нических прес- сах Горячая штам- С,М » 0,5...100 1,5...3,25 В матри- 13...17
повка на ГКМ Горячая штам- М » 0,3... 120 0...0,4 цах— 1... 7, в пуан- соне— 0,25...2,00 5...7 11...15
повка и калиб- ровка Штамповка вы- С Малопластич- 120 0,25...80 По се- 0,5...4,0 13...17
давливанием на гидравли- ческих прессах ные стали, цветные ме- таллы чению — 0,5...1,5, по дли- не— 1,5...4,0
при штамповке на молотах и прессах. При определении массы по-
ковки учитывают часть стержня, зажимаемую полуматрицами.
В поковках со стержнями, выходящими за пределы штампов, поле
допуска по длине стержней не должно превышать 2...6 мм в зави-
симости от класса точности. По сечению стержней за пределами
штампа допуски должны соответствовать отклонениям на сортамент
металла с увеличением отрицательного отклонения на 03...0,5 мм в
зависимости от термической обработки и массы поковки, а в преде-
лах штампа — по ГОСТ 7505—89. Штамповочные уклоны (см.
134
Шерохо- ватость поверх- ности , МКМ Ориентировочные размеры партии, шт. Относи- тельная себестои- мость, % Технологические особенности Область применения
320...40 50...200 130...220 Наиболее простые конструктивные формы Роторы гидротур- бин, фланцы, ва- лы, диски, колеса
320...40 Для тяжелых заготовок — 2500...3000, для средних и мел- ких — 4000... 10 000 100 Заготовка весьма сложной формы без поднутрений и вы- ступов, мешающих извлечению из штам- па Зубчатые колеса, рычаги, переклю- чатели, чашки, ступицы
160...20 86...100 Те же Кольца, гайки Рычаги, фланцы, крышки, полые корпуса
160...20 Стойкость до пол- ного износа мат- 70...75 Осесимметричные стержни, со сплош- Кольца, гайки, втулки, валы с фланцами
риц — 24 000... 64 000, пуансо- нов — 3 000... 11 000 ными и полыми го- ловками, фланцами
32...10 » 77...93 Поверхности после холодной калибров- Панели, фланцы, крышки, штеп-
700...2000 ки не требуют после- дующей механичес- кой обработки сельные разъемы
160.Ж0 110...115 Заготовки с тонки- Спецболты, стер-
ми и длинными стен- жни, баки, кон-
ками или стержня- тейнеры, трубы о
ми фланцами
табл. 5.10) выбираются с учетом того, что при прочих равных усло-
виях внешний уклон следует принимать меньше внутреннего.
Наружные радиусы закруглений принимают примерно равными
припуску на механическую обработку, внутренние — в 1,5...2 раза
большими. Кромки по контуру обрезки заусенца и на выходе про-
сечного пуансона допускаются острые.
При отделении поковки от прутка ножами, укрепленными в мат-
рицах, плоскость среза обычно получается неперпендикулярной к
оси поковки. Отклонения от прямого угла иногда достигают
Допустимая при этом косина торца увеличивает с одного его края
135
припуск и должна быть оговорена в чертеже. Иногда необходимо
оговорить допустимую величину смятия поковки отрезными ножами.
Припуски на размеры поковок, штампуемые на гидравлических
прессах с направлением подвижной поперечины по колоннам, долж-
ны быть увеличены на 50 % по сравнению с припусками на обычные
поковки. Допуски на разностенность выбирают по ГОСТ 7505—89
с возможным увеличением их на 25...50 % в зависимости от глуби-
ны полости для d//>l,5. Штамповочные уклоны обычно берут по
табл. 5.10. Для поковок, штампуемых выдавливанием, назначают
небольшие наружные уклоны (до 30х) для облегчения удаления их
из штампа с помощью выталкивателя или съемника.
Прочие правила конструирования поковок и составления их чер-
тежей являются общими с принятыми для поковок, штампуемых
другими способами (см. пп. 5.4.3, 5.4.4).
5.4.8. Обеспечение технологичности конструкции
штампованной заготовки
Форма поковки определяется конфигурацией детали и принятым
способом штамповки. Рациональной формой заготовки считают
такую, при которой все элементы конструкции имеют простую гео-
метрическую форму и плавно сопряжены друг с другом. Размеры
конструктивных элементов должны соответствовать возможностям
технологического процесса штамповки.
Технологически рациональную форму поковки»выбирают с уче-
том следующих рекомендаций: рационально одностороннее распо-
ложение ребер, бобышек и других выступающих элементов (рис.
5.39).
Следует избегать резких переходов по сечению детали (площадь
поперечного сечения по длине детали не должна изменяться, более
чем в 3 раза), а также ребер, имеющих переменное по длине сече-
Рис. 5.39. Нерациональное
(а) и рациональное (б) рас- .
положение ребер в штампуе-
мой детали
Рис. 5.40. Деталь с отрост-
ком
136
ние. Если переменна высота ребер, то необходимо применять пе-
ременный радиус сопряжения ребер с полотном и постоянный штам-
повочный уклон, равный среднему для имеющихся отношений тол-
щины ребра к его высоте.
Толщину полотна не следует делать очень малой во избежание
быстрого остывания поковки, ведущего к снижению стойкости штам-
па. При штамповке (высадке) утолщений на концах стержней диа-
метр высаженной части не должен быть больше четырех диамет-
ров исходной заготовки, а высота высаженного утолщения должна
быть более 0,05...0,125 диаметра утолщения. Если высаживается
утолщенная часть сложной формы, то ее объем не должен быть бо-
льше 6 d3, где d — диаметр заготовки. Деталь не должна иметь
длинных узких отростков в плоскости полотна, приводящих к боль-
шому расходу металла и браку по незаполнению фигуры (рис. 5.40).
При отработке конструкции штампованной поковки на техно-
логичность следует проверить возможность изменения конструкции
детали или ее элементов с целью упрощения конструкции поковки.
Необходимо проверить возможность получения поковки в за-
крытом ручье вместо открытого или перевода штамповки с молота
на другие, более подходящие для данной поковки кузнечные ма-
шины. Иногда более рационально получение поковки методом ком-
бинирования штамповки на молоте с обработкой на других кузнеч-
ных машинах.
Необходимо стремиться к получению готовой или почти готовой
детали из проката путем разделки его на
мерные заготовки с последующей гибкой,
пробивкой отверстий и другими несложны-
ми операциями (т. е. без объемной штам-
повки) , а также из специального или перио-
дического проката. Желательно упразднение
некоторых операций механической обработ-
ки за счет применения калибровки штампо-
ванных заготовок.
Для уменьшения расхода металла и уп-
рощения штамповки иногда рационально
разбить деталь на две и более частей про-
стой формы для штамповки их порознь с
последующей сваркой (рис. 5.41). Для мел-
ких поковок более выгодна штамповка двух
и более заготовок в одной поковке с после-
дующей разрезкой (рис. 5.42). Правые и
левые детали по возможности следует кон-
струировать так, чтобы их можно было из-
готовлять из одной и той же заготовки
(рис. 5.43).
Рис. 5.41. Рациональная
конструкция детали, по-
лученная сваркой Двух
штампованных элемен-
тов
137
Рис. 5.42. Раци-
ональное объе-
динение заго-
товок в одну
поковку:
а — отдельная за-
готовка; б — об-
щая заготовка
Непарамельюсть
осей 6-6 и В-В
неболее 0,02мм
Необходимо стремиться к унификации поковки для различных
деталей и их элементов с целью уменьшения стоимости техноло-
гической оснастки. Эту же цель преследует применение групповых
лебая Пробоя
а
Рис 5.43. Рациональная (а) и нерациональная (б) конструкции пра-
вых и левых деталей
138
поковок, из которых обработкой резанием можно получить неболь-
шие партии одинаковых по форме, но различных по размерам де-
талей.
5.4.9. Выбор технологического оборудования для штамповки
От правильного выбора штамповочного оборудования зависят
точность получаемых заготовок, производительность штамповки,
расход энергии, износ штампов и пр. Заниженная масса падающих
частей молота приводит к уменьшению стойкости штампов и уве-
личению расходов по эксплуатации молота.
Масса падающих частей G, кг, штамповочного молота опреде-
ляется по номограммам, приведенным в справочниках [5], или по
эмпирическим формулам
G == аРПОк.у/пЬ, (5.13)
где а — удельная работа, затрачиваемая на 1 м2 поверхности
поковки, Дж/м2; ГПОк — полная поверхность поковки, м2;
п — число ударов молота при штамповке в чистовом ручье;
h — высота падения бабы молота, м; у — отношение предела
прочности стали, из которой штампуют поковку при температуре
конца штамповки, к той же величине для стали с ов=490 МН/м2.
Для расчетов рекомендуется принимать п=3...4, а=2,4 Дж/м2
для стали с Ов=490 МН/м2 и h—1,5...1,8 м. При расчете массы па-
дающих частей молота двойного действия влияние верхнего пара
учитывают введением в знаменатель коэффициента, равного 1,8.
Для упрощения расчета используют соотношение между полной по-
верхностью поковки и площадью ее проекции: FnoK~2,3 Fnp.
Для приближенных расчетов используют формулу
G — (3,5... 5) Fn, (5.14)
где Fn — площадь проекции поковки в плане, см2.
5.13. Ориентировочная производительность и масса поковок в зависимости от
массы падающих частей штамповочного молота
Масса падающих частей, кг Масса поковок, кг Производительность, кг/ч
630
1 000
2 000
3 150
5 000
10000
16000
2,5...7
7...17
20...40
70...100
180...360
200
300
600
1 000
1 750
3 000
5 000
139
Ориентировочные данные о необходимой массе падающих частей
штамповочного молота приведены в табл. 5.13.
Для выбора пресса необходимое усилие прессования можно оп-
ределить по формуле (5.7) (см. п. 5.3.5) или использовать прибли-
зительное соотношение между усилием пресса Р, МН, и массой па-
дающих частей молота G, т:
Р = (10... 12)6. (5.15)
Усилие ГКМ, необходимое для штамповки в открытых штампах,
определяется по приведенным выше соотношениям для прессов. При
штамповке в закрытых штампах усилие
Р=/<сгвГпр, (5.16)
где Fnp — площадь проекции поковки на плоскость, перпенди-
кулярную к направлению движения главного ползуна, м2; ов — пре-
дел прочности штампуемого металла при температуре штамповки,
МПа; /С— опытный коэффициент, учитывающий операцию штам-
повки, форму и размеры элементов поковки (к=1...8, определяет-
ся по таблицам в справочниках [5]).
5.4.10. Завершающие и отделочные операции горячей
объемной штамповки
Обрезные операции. Используют горячую и холодную обрезку
заусенцев и прошивку отверстий. Горячая обрезка осуществляется
непосредственно после штамповки на прессе, вхбдящем в состав
штамповочного агрегата. Это приводит к экономии энергии, расхо-
дуемой на обрезку. Усилие при горячей обрезке в ,5...6 раз меньше,
чем при холодной.
Горячая обрезка необходима при штамповке поковок из леги-
рованных и высокоуглеродистых деталей. Поковки с большой пло-
щадью среза также целесообразно обрезать в горячем состоянии,
чтобы не устанавливать обрезные прессы большой мощности. Тон-
кие поковки небольших размеров при горячей обрезке подвержены
короблению и поэтому подлежат холодной обрезке.
При обрезке заусенца соседние участки металла не должны
подвергаться даже незначительным остаточным деформациям, так
как поковка может искривиться или быть смята. Большое количест-
во дефектов поковок связано с неодинаковым износом основного
и обрезного штампов, что требует наладки обрезного пресса для
каждой партии штампуемых поковок. Неодинаковая усадка поко-
вок и недостаточная точность размеров инструмента еще более это
усугубляет. Поэтому при обрезке может срезаться часть штампо-
вочных уклонов вместе с заусенцем или, наоборот, по контуру по-
ковки может остаться часть заусенца, втянутого в зазор. Остатки
140
заусенца и перемычек по периметрам обрезки должны быть мини-
мальными.
Дефекты, появляющиеся при обрезке, во многих случаях можно
устранить правкой (коробление) или обработкой на наждачном
станке (удалить остатки заусенца). Смятие вызывает неисправи-
мый брак поковок.
Очистка поковок. Для повышения срока службы режущего
инструмента при обработке поковок, а также для облегчения конт-
роля качества поверхности поковки очищают от окалины. Приме-
няют три способа очистки поковок: галтовка, дробью и травление.
При галтовке (обработке поковок в барабанах) окалина удаля-
ется во время удара поковок друг о друга и о специальные металли-
ческие звездочки, закладываемые в барабан. Этот способ приме-
няют только для небольших поковок во избежание значительных
забоин на их поверхности. Производительность одного барабана —
2 т поковок в час. В дробеметных аппаратах очищают мелкие и
средние поковки сложной формы. Для дробеметной очистки приме-
няют чугунную или стальную дробь диаметром от 0,5 до 2,0 мм.
Скорость удара дробинок достигает 60 м/с. Применяют пневмати-
ческую и механическую (лопатками быстровращающегося ротора)
подачу дроби. Используют установки периодического или непре-
рывного действия производительностью до 4...6 т поковок в час.
Травление применяется для крупных поковок сложной формы. Вид
травителя зависит от материала поковки. Например, стальные по-
ковки травят в 15 %-м растворе соляной кислоты. После травле-
ния поковки промывают в воде с добавками щелочей. В настоящее
время травление теряет практическое значение вследствие низкой
экономичности и экологических требований.
Для мойки поковок в моечных машинах конвейерного типа или
в машинах с кассетной погрузкой поковок используют пары трихло-
рэтилена при температуре в камере мойки 75...80 °C.
Правка поковок. Правкой устраняют искривления поковок, по-
лученные при штамповке, обрезке, термической обработке, дополни-
тельных технологических операциях. В большей степени искривле-
нию подвержены поковки значительной длины, с тонкими ребрами,
с резкой разницей в размерах смежных сечений. В зависимости
от причин, вызывающих искривление, поковки можно править
в горячем состоянии ( после обрезки заусенца) или в холодном пос-
ле термической обработки.
Горячую правку можно приводить в окончательном ручье основ-
ного штампа, на обрезном прессе или на дополнительном правочном
молоте (прессе). Горячая правка оказывает лучшее влияние на
структуру и механические свойства стали, чем холодная. Холодную
правку применяют в основном для поковок, получающих искрив-
ления при термической обработке. Для этого используют дешевые
141
Рис. 5.44. Разновидности калибровки по-
ковок:
а — плоскостная; б — сложной поверхности;
в — объемная
и простые в эксплуатации фрикционные молоты (с доской). Форма
полости ручьев правочных штампов совпадает" с формой полости
окончательных ручьев. При необходимости править поковки мож-
но последовательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Калибровка поковок. Для повышения точности поковок (по мас-
се и размерам) и улучшения качества поверхности применяют ка-
либровку. Она заключается в незначительном, обычно холодном,
обжатии поковок. Обжатие поковки между плоскими плитами на-
зывают плоскостной калибровкой (рис. 5.44, а). Она повышает точ-
ность размеров поковок по одной оси — в направлении приложения
усилия. Можно калибровать и неплоские поверхности поковок (рис.
5. 44, б). Если заготовку калибруют в открытом штампе (рис. 5.44,
в), то образуется небольшой заусенец по его разъему, и происходит
объемная калибровка. Она позволяет повысить точность размеров
по трем осям, т. е. всех размеров поковки: Н'ПОк, Н"ПОк, Н"'ПОк, Dn0K,
а также точность поковок по массе.
Для сохранения достигнутой при калибровке минимальной шеро-
ховатости поверхности поковки целесообразно калибровать после
последнего нагрева. Обычно калибруют поковки, уже прошедшие
термическую обработку. Калибровка, выполняемая при темпера-
туре 700...800 °C, часто называется горячей калибровкой. Она не
обеспечивает такой низкой шероховатости поверхности, какая дос-
тигается при холодной калибровке, но происходит при.более низ-
ких удельных усилиях. Горячую калибровку применяют до терми-
ческой обработки поковок.
По точности получаемых размеров поковок различают калиб-
ровку грубую (с допусками±0,1...±0,25 мм) и повышенной точнос-
ти (с допусками±0,05...±0,1 мм). При необходимости после дву-
кратной калибровки можно получить еще более высокую точность
размеров (до ±0,025 мм). Шереховатость поверхности после холод-
ной калибровки такая же, как и при шлифовании (/?z=6,3...1,6 мкм).
Основным препятствием для получения большей точности размеров
142
при плоскостной калибровке является образование выпуклости на
ранее плоских поверхностях.
Применяют также комбинированную калибровку. При этом сна-
чала с помощью объемной калибровки поверхности поковок дела-
ют гладкими, а затем отдельные плоские элементы поковок подвер-
гают плоскостной калибровке для получения точных размеров меж-
ду соответствующими плоскостями.
5.4.11. Термическая обработка поковок
Целью термической обработки поковок является устранение де-
фектов, возникших при нагреве и обработке давлением (перегрев,
остаточные напряжения), улучшение обрабатываемости резанием,
подготовка структуры металла к окончательной термической обра-
ботке (после обработки резанием).
Особенность термической обработки поковок состоит в том, что
из-за значительной разницы поперечных сечений в отдельных уча-
стках поковки возможно получение неодинаковых структур. Кроме
того, перепад температур по сечению поковки может привести к
возникновению внутренних напряжений.
Вид и режим термической обработки зависят от ее назначения,
химического состава материала поковки, термомеханического ре-
жима предшествующей штамповки, от габаритов и толщины обра-
батываемых поковок. Наиболее распространенными видами терми-
ческой обработки поковок являются отжиг и нормализация.
Отжиг состоит в нагреве поковки выше критической температу-
ры АСз и охлаждении с печью. Он служит для получения равно-
весной структуры, улучшения пластичности, снижения твердости
и снятия остаточных напряжений. Отжиг применяется чаще всего
для крупных поковок, при охлаждении которых в области темпе-
ратур 700...750 °C должна быть обеспечена минимальная скорость
охлаждения.
Заготовки, для которых особо важна хорошая обрабатываемость
резанием (например, заготовки зубчатых колес), подвергаются изо-
термическому отжигу. При этом поковки сначала нагреваются до
температуры выше АСз и передаются затем в другую печь для изо-
термической выдержки при температуре 620...670 °C. При этой тем-
пературе происходит полный распад переохлажденного аустенита
на феррито-цементитную смесь.
Нормализация проводится с целью уменьшения остаточных на- -
пряжений, измельчения зерна и, как следствие, повышения меха-
нических свойств поковки. Она состоит в нагреве поковок до тем-
пературы выше Лез и охлаждении на воздухе. Это наиболее про-
стая и дешевая операция термической обработки. Нормализации
подвергаются поковки из низко-, среднеуглеродистых и низколеги-
143
рованных сталей. Стали с большим содержанием углерода и ле-
гирующих элементов в результате нормализации могут получить
бейнитную структуру, что затрудняет их последующую механичес-
кую обработку. В этом случае после нормализации проводят от-
пуск при температуре 600...700 °C.
Ориентировочные режимы термообработки поковок из различ-
ных материалов приводятся в справочной литературе [4].
Термической обработке подвергают также поковки из цветных
сплавов. Виды термообработки в этом случае связаны с особеннос-
тями этих сплавов. Например, поковки из алюминиевых сплавов
подвергают закалке и старению, из магниевых сплавов — отжигу,
закалке или старению, из титановых сплавов — отжигу или гомо-
генизации.
5.4.12. Качество штампованных заготовок
Дефекты, возникающие при штамповке, аналогичны дефектам,
возникающим при ковке (см. п. 5.3.6). Дефектами, характерными
только для штампованных поковок, являются следующие.
Штампованная поковка может оказаться недоштампованной
(слишком большой по высоте) или с незаполненными углами,
ребрами из-за недостаточного объема исходной заготовки, массы
падающих частей молота или низкой температуры металла. Не-
совпадение половинок штампа в момент удара приводит к переко-
су — смещению одной части поковки относительно другой. Если в
момент удара исходная заготовка смещена относительно полости
ручья, получают неисправимый брак — лом-бой.
Зажимы — заштампованные складки — могут образоваться при
несоответствии чернового ручья чистовому, при эксцентричной ук-
ладке исходной заготовки в штамповочные ручьи. Зажим может
образоваться также возле острых кромок полости штампа, если в
этих местах происходит истечение металла из перемычки или плен-
ки в тело поковки.
Из-за неправильной конструкции штампа может возникнуть
утяжка (утонение), наружные или внутренние сколы. Небрежное
удаление из штампа, удары при транспортировке горячих поковок
приводят к их короблению или образованию забоин.
Некоторые дефекты выявляются лишь после механической об-
работки: чернота на обработанных поверхностях при недостаточ-
ном припуске на обработку или кривизне поковки; вмятины — уг-
лубления от заштамповки окалины, глубина которых превышает
припуск на обработку; утонение стенки, выявляемое при сверлении
отверстий или обработке плоскостей поковок, имеющих перекос,
и др.
Некоторые из дефектов поковок могут быть исправлены. Зау-
144
сенцы, волосовины, закаты и зажимы удаляют заточкой или выруб-
кой. Незначительные незаполнения формы, вмятины, недоштампов-
ка, а также сдвиги по разъему иногда легко исправляют пере-
штамповкой. Искривления исправляют правкой, перегрев и нерав-
номерность твердости — повторной термообработкой. Торцовые,
закалочные и другие трещины и расслоения, пережог, а также зна-
чительное незаполнение формы являются неисправным браком.
В задачи технического контроля входит: предупреждение бра-
ка путем своевременной проверки и выявления недоброкачествен-
ных заготовок, неисправных, или изношенных штампов и т. п., а
также обнаружение отклонений контролируемых параметров поко-
вок от технических требований или от требований чертежа; свое-
временное обнаружение дефектных и бракуемых поковок, а также
изоляция их от основной массы годной продукции; систематичес-
кий учет и технический анализ причин дефектов и брака.
5.4.13. Выбор способа изготовления поковок
При выборе способа изготовления поковок прежде всего учиты-
вают требования к изготовляемой из нее детали при эксплуатации:
характер нагрузки, наиболее ответственные сечения, требуемое
расположение волокон, желаемое распределение наружных и внут-
ренних слоев металла исходной заготовки и т. п. Затем устанавли-
вают, какие приемы ковки или штамповки могут придать поковке
необходимые свойства, обеспечить максимальную прочность детали
и другие эксплуатационные требования. Например, при ковке или
Рис. 5.45. Расположение волокон в шестерне при различ-
ных способах ковки и штамповки
145
штамповке поковок зубчатых колес катаная заготовка (рис. 5.45, а)
подвергается осадке в торец. При этом волокна располагаются ра-
диально (рис. 5.45,6). Даже после ковки заготовки менее качест-
венная сердцевина может быть удалена при прошивке в отход
(рис. 5.45, в). При радиальном расположении в поковках волокна
остаются благоприятно расположенными в зубьях шестерен и после
нарезания последних (рис. 5.45, г). Еще лучше располагаются во-
локна в зубьях, полученных штамповкой или накаткой (рис. 5.45, д),
а при штамповке мелких шестерен от прутка на молотах с подкат-
кой вместо осадки и при расположении заготовки плашмя зубья
шестерен получаются неодинаковой прочности (рис. 5.45, е).
Чтобы при изготовлении заготовок бандажей колес, колец под-
шипников качения и тому подобных поковок получить благоприят-
ное для них тангенциальное расположение волокон (рис. 5.45, ж),
их заготовки после осадки и прошивки (рис. 5.45, в) подвергают
раздаче или раскатке. Очевидно, что использование раскатанных
поковок для изготовления из них шестерен привело бы к получению
зубьев (после их нарезания) низкого качества (рис. 5.45, з).
Для каждого вида штамповочного оборудования (молоты,
КГШП, ГКМ, гидравлические прессы) характерны определенные
типы поковок. Если поковку можно изготовить различными спосо-
бами, то выбор способа штамповки зависит от материала, размеров
и конфигурации поковки, типа производства, требуемой точности и
стоимости последующей механической обработки. При этом необ-
ходимо учитывать стоимость самого оборудования и оснастки, его
обслуживания, переналадки и ремонта. Одновременно нужно учи-
тывать достижимые на данном оборудовании производительность
и точность поковки. Применение оборудования с более высокими
параметрами точности увеличивает расходы на его содержание и
эксплуатацию.
Себестоимость поковок в значительной степени определяется
группой сложности и классом точности поковки, так как от них
зависит сложность и стоимость изготовления штампа. Большую
часть себестоимости составляют затраты на металл. Угар, облой и
клещевина существенно повышают массу исходной заготовки. Свя-
занная с ними доля потерь металла относительно увеличивается с -
уменьшением массы поковки и увеличением ее сложности.
Точные методы штамповки, как отмечалось, могут в ряде слу-
чаев исключить последующую механическую обработку. Эффект от
уменьшения ее объема, достигаемый за счет сокращения поверх-
ностей, подлежащих обработке резанием, будет тем больше, чем
меньше в конструкции таких поверхностей.
Наибольший эффект в снижении себестоимости достигается при
увеличении коэффициента весовой точности (отношение массы го-
товой детали к массе заготовки), так как расходы на металл во
146
Готовая деталь
Рис. 5.46. Форма поковок и значения коэффициентов использования металла
Ки.м и весовой точности Квт заготовки, полученной:
а — ковкой; б — штамповкой на молоте в открытом штампе; в — штамповкой на КГШП
в закрытом штампе; г — штамповкой на ГКМ в закрытом штампе
много раз превышают любые другие расходы на изготовление де-
талей. На рис. 5.46 показано, как изменяются коэффициенты ве-
совой точности Кв.т и использование металла Ки.м при различных
способах получения заготовки штуцера.
5.5. ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКОЙ
5.5.1. Общие сведения о процессах холодной штамповки
Холодной называют штамповку, осуществляемую при темпера-
туре ниже температуры рекристаллизации материала заготовки. Ее
разделяют на листовую и объемную.
Листовой штамповкой называют процесс изготовления деталей
из листа, полосы или рулонного материала. Толщина деталей не-
значительно отличается от толщины листового материала и не
превышает 10 мм.
Достоинства этого вида штамповки следующие: высокая про-
изводительность (до 40 тыс. деталей в смену); высокая точность
штамповок, не требующих дальнейшей механической обработки;
возможность автоматизации процесса; экономическая целесообраз-
ность при массовом и серийном производствах.
Холодная объемная штамповка позволяет почти полностью ис-
ключить обработку резанием и обеспечивает по сравнению с по-
следней уменьшение трудоемкости изготовления деталей на 30...
80 % и повышение коэффициента использования материала до 0,5.
При холодной высадке коэффициент использования материала до-
стигает 0,95, а производительность — 800 шт. в минуту.
Листовая и холодная объемная штамповка обеспечивают полу-
чение заготовок высокой точности, прочности и жесткости.
147
При листовой штамповке в качестве исходного материала при-
меняют черные и цветные металлы и их сплавы, а также неметал-
лические материалы. Штамповка плоских деталей производится
почти из любых материалов, объемная штамповка — из материа-
лов, обладающих определенной степенью пластичности.
Как листовая, так и объемная штамповка осуществляется в
штампах, которые проектируются и изготовляются для каждой кон-
кретной детали.
Листовая штамповка в основном обеспечивает получение гото-
вых для дальнейшей сборки деталей. Для листовых деталей после
их штамповки чаще всего применяют единственную операцию по
зачистке заусенцев, которую осуществляют механическим или элек-
трохимическим путем. Данные детали не представляют интереса
для технолога-машиностроителя с точки зрения их дальнейшей об-
работки, и поэтому способы их получения здесь не рассматрива-
ются.
5.5.2. Заготовки, получаемые холодной высадкой
Холодная высадка — безотходный способ изготовления крепеж-
ных деталей (болтов, винтов, заклепок и др.) и малоотходный —
при изготовлении деталей типа ступенчатых и шаровых пальцев
длиной до 300 мм, роликов и шариков диаметром до 50 мм.
Для холодной высадки применяют калиброванный материал,
преимущественно круглого сечения с допусками по 8...11 квалите-
там. Наиболее часто для этой цели применяют'материалы: стали
марок от 08 до 45; инструментальные стали У10А, У12А; легиро-
ванные стали 15Г, 20Г, 35Г2, 15Х, 20Х, ЗОХ, 35Х, 40Х, 40ХН, 15ХФ,
Рис. 5.47. Получение детали хо-
лодной высадкой
20ХФ, ШХ15; сплавы цветных метал-
лов: дуралюмин Д1, Д16, латунь
ЛС59-1, медь Ml, М2 и др.
Высадку крепежных деталей про-
изводят обычно на холодновысадочных
автоматах: одно- и двухударных и од-
но- и многопозиционных. При отсут-
ствии холодновысадочных автоматов
высадку осуществляют в штампах на
кривошипных и фрикционных прессах,
аналогично горячей штамповке. Вы-
садкой в штампах изготовляют также
детали, требующие значительного чис-
ла переходов.
Требуемая длина цилиндрической
исходной заготовки диаметром d (рис.
5.47) равна L=l+h; здесь /1—длина
148
стержня; I — длина заготовки, необходимая для образования круг-
лой головки диаметром D, высотой h.
I = 4 V/mP, (5.17)
где V — объем головки, мм3.
Формулы для определения I для наиболее распространенных
форм головок, а также рекомендации по определению числа ударов
(переходов высадки) приводятся в [6, 29].
Точность размеров элементов детали, оформляемых в матрице
или в полости пуансона, соответствует 8...11-му квалитетам, а при
тщательном изготовлении инструмента и при несколько меньшей
стойкости его — 6...8-му квалитетам. Точность размеров по длине
может достигать 11...14-го квалитетов.
Параметр шероховатости поверхностей, полученных холодной
высадкой, находится в пределах R& = 0,32...3,2 мкм. Коэффициент
использования металла равен или близок к единице.
5.5.3. Заготовки, получаемые холодной объемной
штамповкой
К объемной штамповке относятся операции осадки, объемной
формовки, калибровки, чеканки и выдавливания, которые осуществ-
ляют аналогично одноименным операциям горячей штамповки. От-
личие состоит в том, что здесь отсутствует нагрев заготовки, усилия
деформации резко возрастают, значения предельно допустимых де-
формаций снижаются.
Особый интерес представляет операция выдавливания. Холод-
ное выдавливание применяют для деталей из алюминия АО, А1,
АД1, АД, сплава АМц, дуралюмина Д16, меди Ml, М2, М3, лату-
ни Л61, Л68, цинка Ц1, Ц2 и ЦЗ, магниевых сплавов, конструкци-
онных сталей, содержащих до 0,45 % углерода, и низколегирован-
ных сталей.
Усилие выдавливания Р, МН, определяют по формуле
P = q*.B-F, (5.18)
где F — площадь поперечного сечения заготовки, м2; ^х.в— дав-
ление прессования, МПа (табл. 5.14).
Размеры заготовок рассчитывают, исходя из равенства объемов
заготовки и получаемой детали, с учетом потерь материала на по-
следующую обработку.
В зависимости от размеров детали исходной заготовкой может
быть листовой или прутковый материал. В тех случаях, когда вы-
сота заготовки менее 10 мм и отношение S/D — 0,7...0,8, она выре-
зается из листового материала, в остальных случаях заготовку от-
рубают (отрезают) от прутка. Форма заготовки и ее размеры в пла-
149
5.14. Давление прессования дх.в для холодного выдавливания, МПа
Материал Способ выдавливания
Прямой | Обратный
Алюминий 400...700 800...1200
Медь 800...1000 1500...2000
Латунь Л68 1000...1600 1800...2500
Сталь 10, 15 1200...2000 2000...3000
не для полых деталей без фланца соответствуют наружным раз-
мерам готовых деталей; для деталей с круглым фланцем размер за-
готовки равен диаметру фланца, а для деталей с граненым флан-
цем— диаметру окружности, вписанной во фланец. Для деталей
стержневого типа размер и форма заготовки соответствуют разме-
рам головки. После определения объема заготовки ее исходную вы-
соту рассчитывают по формуле (5.17).
С помощью выдавливания можно получить довольно сложные
по конфигурации детали.
Точность изготовления детали выдавливанием зависит от её раз-
меров, свойств материала, точности исполнения штампа и состоя-
ния пресса и находится в пределах 8...14-го квалитетов, а
параметр шероховатости — 2?а=10...0,63 мкм. Как правило, дета-
ли, полученные холодным выдавливанием, в дальнейшей механи-
ческой обработке не нуждаются. Коэффициент использования ме-
талла близок к единице. »
Характерной особенностью деталей, полученных объемной хо-
лодной штамповкой, является повышенная прочность, обеспечи-
ваемая за счет мелкозернистой структуры, благоприятного распо-
ложения волокон и поверхностного наклепа.
5.5.4. Оборудование для холодной штамповки
Объемная штамповка осуществляется на кривошипных или гид-
равлических прессах. Процесс холодной объемной формовки схо-
ден с объемной калибровкой, и эти операции выполняются обычно
на кривошипно-коленных прессах.
Холодная высадка производится на холодновысадочных авто-
матах, подобных горизонтально-ковочным машинам. Они обеспе-
чивают автоматическую подачу прутка, отрезку заготовки, переме-
щение ее из ручья в ручей штампа.
Листовую штамповку чаще всего выполняют на кривошипных
и реже (для крупногабаритных деталей — на гидравлических прес-
сах. Применяют кривошипные прессы простого и двойного дейст-
вия.
150
При выборе оборудования для холодной штамповки необходимо
учитывать вид операции, материал, размеры и сложность конфигу-
рации заготовки. Основной вопрос, решаемый при выборе обору-
дования,— определение усилия пресса. Для холодной объемной
штамповки требуемое усилие определяют по таким же зависимос-
тям, как для горячей штамповки с учетом особенностей холодной
штамповки [6, 29]. Усилия здесь получаются больше, так как плас-
тичность металлов в холодном состоянии гораздо ниже, чем в го-
рячем.
При листовой штамповке требуемые усилия могут быть рассчи-
таны по формулам, приведенным в справочниках [29]. Кроме уси-
лия, создаваемого прессом, при выборе оборудования необходимо
учитывать также мощность, необходимую для выполнения данной
операции, величину хода, закрытую высоту пресса, габариты стола,
число ходов пресса, удобство и безопасность обслуживания и дру-
гие факторы. Выбор оборудования осуществляют по каталогам.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит различие между ковкой и объемной штамповкой? Охаракте-
ризуйте особенности заготовок, получаемых этими методами.
2. Какие виды заготовок можно получить волочением (прессованием)?
3. Как влияет холодная пластическая деформация на структуру и свойства ме-
талла?
4. Какие факторы влияют на припуски и допуски на кованые (штампованные)
поковки?
5. Для чего необходимы штамповочные уклоны и какова их величина на внут-
ренних и наружных поверностях штампованных поковок?
6. Каковы преимущества штамповки на кривошипных горячештамповочных прес-
сах (КГШП) по сравнению со штамповкой на молотах?
7. Каким способом можно получить круглые заготовки с переменным по дли-
не диаметром (ступенчатые валы) ?
8. Назовите преимущества и недостатки процессов изготовления заготовок ков-
. кой?
9. Что нужно учитывать при выборе положения поверхности разъема штампа?
10. В каких случаях при проектировании поковок назначаются напуски?
11. Как составляют и оформляют чертеж поковки й определяют ее массу? Оха-
рактеризуйте особенности проектирования поковок, получаемых на КГШП
(ГКМ, гидравлических прессах)?
12. Какие существуют рекомендации по обеспечению технологичности штампо-
ванных поковок?
13. Для чего применяют и каковы особенности объемной и плоскостной калиб-
ровки поковок?
15. Как формируется отверстие в штампованной поковке?
16. Приведите примеры типичных деталей, штампуемых на ГКМ.
17. Как производится выбор технологического оборудования для ковки (штам-
повки) ?
18. Какие существуют разновидности холодной штамповки? Укажите на её до-
стоинства и область применения.
151
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО СВАРНЫХ
И КОМБИНИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК
6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИИ
Сварные заготовки состоят из отдельных частей, выполненных
с применением различных технологических процессов и из различ-
ных материалов. Заготовки целесообразно рассчленять на состав-
ные части с последующей их сваркой, если изготовление их цель-
ными связано с большими производственными трудностями (от-
сутствие оборудования, усложнение механической обработки, боль-
шой процент брака) или особо тяжелыми условиями работы
отдельных частей готовой детали, требующих применение дорогих
и дефицитных материалов.
В связи с уменьшением толщины стенок и упрощением конст-
рукции сварные заготовки дают экономию металла до 30...60 % по
сравнению с литыми. Кроме того, капитальные затраты литейных
цехов значительно превосходят затраты на сварочное оборудова-
ние. Так, удельные капитальные вложения на 1 т сварных заготовок
примерно в три раза меньше, чем на 1 т стального литья. Упроще-
ние технологии изготовления сварных конструкций по сравнению с
литьем, ковкой или штамповкой ведет к сокращению сроков освое-
ния производства, снижению трудоемкости и себестоимости изго-
товления заготовок.
Сварные конструкции классифицируют по методу получения ис-
ходных заготовок (листовые, листосварные, кованосварные, штам-
посварные), по целевому назначению (вагонные, судовые, авиаци-
онные и т. д.), по толщине свариваемых элементов (тонкостенные
и толстостенные) или по применяемым материалам (стальные,
алюминиевые, титановые и др.). В зависимости от характерных
особенностей работы выделяют следующие типы сварных элемен-
тов и конструкций: балки, колонны, оболочковые конструкции, кор-
пусные транспортные конструкции и детали машин и приборов.
Балки и колонны — это конструктивные элементы, работающие
в основном на поперечный изгиб или сжатие. Они состоят в основ-
ном из листовых элементов, свариваемых, как правило, автомати-
ческой сваркой под флюсом. Обработке резанием после сварки
они практически не подвергаются.
Оболочковые конструкции представляют собой емкости, сосу-
ды, трубы, к которым предъявляются требование герметичности
при избыточном давлении. Крупные емкости: резервуары для хра-
нения нефтепродуктов, газгольдеры, корпусы печей и т. п —соби-
раются на месте монтажа из листовых полотнищ или секций. Свар-
ка ведется, как правило, встык под флюсом сварочными тракто-
рами.
152
к корпусным транспортным конструкциям относятся корпуса
судов, вагонов, кузова автомобилей. Они представляют собой про-
странственную конструкцию из плоских или изогнутых листовых
элементов. Корпуса вагонов и судов имеют решетчатую основу, к
которой крепится листовая обшивка. Для этой группы деталей в
широких масштабах применяются автоматическая дуговая и кон-
тактная сварки. Большое число пересекающихся элементов услож-
няет технологию сварки. Возникающие сварочные напряжения тех-
нологически не снимаются.
Детали машин и приборов имеют разнообразные формы и раз-
меры. Это могут быть станины, валы и колеса, корпуса приборов,
тяги, шатуны и т. п. Элементы сварных заготовок деталей машин
изготавливаются из разнообразных материалов при толщине от де-
сятых долей миллиметра до 100 мм и более. Поэтому в различных
случаях применяют разные способы сварки. Практически все свар-
ные заготовки перед окончательной механической обработкой про-
ходят термообработку для снятия остаточных напряжений.
6.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ
. Высокая эффективность современных процессов сварки, обеспе-
чивающая их конкурентоспособность при изготовлении комбини-
рованных (штампо-сварных и сварно-литых) и сварных из проката
заготовок, является действенным средством снижения металло-
емкости машиностроительных конструкций. Сущность различных
способов рассматривалась в курсе «Технологические процессы ма-
шиностроительного производства». Остановимся на характерных
особенностях технологии и экономии наиболее распространенных
и перспективных способов сварки.
Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая)
является наиболее распространенным способом сварки. Ручная
сварка применяется для сварки швов небольшого размера; за один
проход без предварительной разделки кромок она позволяет сва-
ривать детали толщиной 4...8 мм. Автоматическая сварка может
вестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в
среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа) или само-
защитной проволокой. При этом резко повышается толщина сва-
риваемых деталей до (15 мм без разделки кромок) и производи-
тельность сварки (в 6...8 раз по сравнению с ручной сваркой). Свар-
ка в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей
характеризуется стабильностью режима сварки, хорошим форми-
рованием сварного шва, высоким качеством соединения. Произво-
дительность полуавтоматической сварки примерно в 2...4 раза вы-
ше, чем ручной.
153
a 5
Рис. 6.1. Изготовление калибров по
старой технологии (а) и с примене-
нием сварки трением (б)
Рис. 6.2. Изготовление валиков вра-
щающихся центров по старой техно-
логии (а) и с применением сварки
трением (б)
Контактная сварка (стыковая, точечная, шовная) отличается
высокой.,производительностью и экономичностью. Ею хорошо сва-
риваются углеродистые, низколегированные и некоторые коррози-
онно-стойкие стали, а также алюминий, титан и их сплавы.
При стыковой сварке заготовки свариваются по всей поверх-
ности их касания. Можно сваривать стальные стержни, рельсы,
прутки, трубы, прокат сечением до 10 000 мм2, а также прутки,
трубы, прокат, штамповки из цветных металлов сечением до
4 000 мм2. Точечной сваркой соединяют листовые заготовки вна-
хлест в отдельных местах (точками). Точечной сваркой сваривают
заготовки (листы, прутки, швеллеры, уголки и т. п.) одинаковой
или разной толщины от сотых долей миллиметра до 30 мм. Шов-
ной сваркой сваривают внахлест листовые заготовки непрерывным
плотнопрочным швом (кузов автомобиля, герметичные емкости
и т. п.).
Сварка трением взамен контактной в 2...4 раза уменьшает при-
пуски и в 1,5...2 раза брак. При применении сварки трением по-
лучают существенную экономию материалов. Так, гладкие и резь-
бовые калибры (пробки) ранее изготавливались из дорогой стали
ШХ15 методом ковки в несколько переходов (рис. 6.1, а). После
внедрения сварки трением хвостовик из стали 45 приваривается к
рабочей части из стали ШХ15 (рис. 6.1, б). Валики центров точи-
лись из прутка (рис. 6.2, а). Внедрение сварки трением (рис. 6.2, б)
увеличило число операций: отрезка двух прутков и сварка, но за-
то в общем сократило затраты рабочего времени и значительно
уменьшило расход инструментальной стали. Изготовление штампо-
сварных заготовок клапанов двигателей внутреннего сгорания по-
зволило резко сократить расход жаропрочной стали и упростить
горячую штамповку (рис. 6.3).
Электрошлаковая сварка при производстве толстостенных (до
1 м и более) сварных конструкций в тяжелом машиностроении
обеспечивает высокую экономическую эффективность: съем про-
дукции с 1 м2 производственной площади увеличивается в 2 раза,
цикл производства уменьшается в 1,5...2 раза, экономится металл,
154
Рис. 6.3. Изготовление кла-
панов по старой технологии
(а) и с применением свар-
ки трением (б)
I Жаропрочная стань
^Заготовка
\ Жаропрочная сталь
5------------z-*-
Углеродистая сталь
а
снижается расход электроэнергии в 1,5...2 раза, а флюса — в 20...
40 раз, отпадает необходимость в предварительной разделке кро-
мок, снижается себестоимость.
Электронно-лучевая сварка позволяет получать сварные соеди-
нения из окончательно обработанных деталей без их существенных
деформаций (например, блоки зубчатых колес взамен крупных по-
ковок). Электронно-лучевая сварка гарантирует высокое качество
сварного соединения деталей из тугоплавких металлов, жаропроч-
ных, жаростойких и других материалов со скоростью, не уступаю-
щей дуговой сварке.
Диффузионная сварка позволяет соединять разнородные мате-
риалы, в том числе тугоплавкие металлы и неметаллические ма-
териалы с металлами, сваривать детали разной толщины; обеспе-
чивать равнопрочность основного металла и сварного соединения.
В процессе сварки исключается неблагоприятное влияние метал-
лургических и ряда термических факторов.
Диффузионная сварка применяется при изготовлении резцов,
угольников, магнитов, микрометров с пяткой из твердых сплавов,
дисков газовых турбин.
При производстве заготовок ограниченно применяют также га-
зовую, плазменную, ультразвуковую, лазерную и другие сварки.
В изделиях сложной геометрической формы (телескопические сое-
динения трубчатых элементов, сотовые конструкции и т. п.), при
изготовлении которых наложение сварных швов оказалось бы за-
труднительным, целесообразно применять пайку.
Многообразие способов сварки и пайки, а также конструктив-
ных и производственно-технологических факторов, влияющих на
возможность их применения, требует тщательного технико-эконо-
мического обоснования выбора способа сварки.
6.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ ЗАГОТОВОК
6.3.1. Методика проектирования сварных заготовок
Проектирование сварных заготовок производится с учетом обес-
печения прочности (в частности, усталостной прочности, сопротив-
ления хрупкому разрушению) и технологичности (см. п. 6.4) свар-
ного соединения. На стадии проектирования необходимо также
155
продумать последовательность сборочно-сварочных операций, оце-
нить ожидаемые сварочные деформации (коробление) и точность
размеров и конфигурации сварной заготовки после механической
обработки. Все изменения, связанные с этими вопросами, должны
быть согласованы с конструктором.
Таким образом, на первом этапе на основании чертежа готовой
детали производится общий анализ ее конструкции, материала, тех-
нологичности и оценивается возможность получения заготовки
сваркой. После этого выбирают оптимальный в данном случае спо-
соб сварки.
Выбор способа сварки определяется конструкцией детали в зо-
не сварки, ее габаритами, степенью ответственности сварного со-
единения и технологическими возможностями процесса сварки
(п. 6.2). Одновременно с способом выбора сварки обычно назнача-
ют тип сварного соединения.
Затем производится разбивка заготовки на свариваемые части.
Выбор места деления заготовки производится с учетом двух точек
зрения. С одной стороны, в результате деления должны образовы-
ваться элементы (исходные заготовки), технологичные для изго-
товления литьем или обработкой давлением. С другой стороны, зо-
на сварки должна быть удобной для выбранного способа сварки,
доступной для сварочного инструмента, присадочных материалов
и обеспечивать провар сварного соединения на всю глубину. Осо-
бое внимание при выборе места сварки следует уделить располо-
жению сварных швов вне зоны действия значительных внешних на-
грузок.
Зная конструктивные размеры зоны сварки и способ сварки,
по соответствующим стандартам назначают тип сварного шва. Кон-
структивные элементы сварных швов приведены в справочниках
[34]. Типы сварных соединений, указанные в стандартах, могут
сохраняться и для других методов сварки, для которых стандарты
еще не разработаны, например, лазерная или электронно-лучевая.
Но в этом случае конструктивные элементы подготовки кромок,
форма и размеры сварных швов и допуски на них корректи-
руются с учетом технологических особенностей этих способов
сварки.
Проектирование свариваемых частей производится на следую-
щем этапе. Если исходной заготовкой является отливка или поков-
ка, то ее проектирование производится в соответствии с указания-
ми четвертой и пятой глав. Если исходная заготовка — прокат, то
проектирование сводится к выбору его оптимальных размеров и
определению разделки кромок в соответствии с выбранным типом
сварного шва. В случае необходимости на исходных заготовках
предусматриваются сборочные и фиксирующие элементы, а также
припуски для механической обработки после сварки.
156
ГОСТ 5264-80-C5
/. * Размеры для справок
2. Варить сварочной
проволокой С6-18ХМА
ГОСТ 2206-70
5. После сборки произвести высокий
отпуск
Лоз. 1 штуцер -1 шт.
Поз.2 Фланец-1шт.
Материал - сталь 20
Рис. 6.4. Пример оформления чертежа сварной заготовки
Ввиду жесткой связи между прочностью сварной конструкции,
формой сварного соединения и технологией сварки разработка кон-
струкции заготовки должна вестись одновременно с проработкой
технологии ее изготовления.
Оформление чертежа сварной заготовки выполняется в соот-
ветствии с принятыми правилами. На чертеже заготовку представ-
ляют в таком виде, в каком она должна быть после сварки
(рис. 6.4). Чертеж должен содержать: изображение заготовки с
проекциями, сечениями и разрезами в количествах, необходимых
для полного понимания устройства; габаритные, установочные и
присоединительные размеры; номера позиций составных частей;
данные о материале заготовки и т. д. Все сварные швы должны
иметь условные обозначения в соответствии с требованиями
ГОСТ 2.312—72.
В технических условиях чертежа указываются требования к ка-
честву материала или сведения о его заменителе; сварочные мате-
риалы (если это необходимо); контрольные операции. Дополните-
льно могут указываться допустимые дефекты, основания для бра-
ковки, способы исправления брака, специальные испытания сварных
соединений.
6.3.2. Пример проектирования сварной заготовки
Необходимо спроектировать сварную заготовку для детали, пред-
ставленной на рис. 4.11. Материал детали — сталь 40Х, масса —
10,1 кг, годовая программа выпуска — 5 000 шт.
157
^Размеры для справок
2. Варить сварочной
проволокой СВ-13ША
ГОСТ 2246-70
з. после сборки произвести
высокий отпуск
4. Наличие дефектов б
сварном шве после сня~
тип усиления не
допускается
Лоз. 1-Поковка - 1шт.
Поз.2 Труба 7б*1в
ГОСТ 8732-78 -1шт.
Материал-сталь 40х
Рис. 6.5. Чертеж сварной заготовки детали (см. рис. 4.11)
Для повышения технологичности изготовления составных Час-
тей сварной заготовки желательно изготавливать отдельно фланец
и хвостик. Ввиду достаточно большого размера программы выпус-
ка и кольцевой формы сварного шва оптимальным способом свар-
ки в данном случае может служить механизированная дуговая
сварка.
Для дуговой сварки наиболее технологично стыковое сварное
соединение, поэтому линию раздела проводим на расстоянии 12 мм
от торца 0 135 мм. Поскольку наружный диаметр в зоне сварки
менее 80 мм, применение сварки под флюсом невозможно. С уче-
том технологических соображений выбираем полуавтоматическую
аргонно-дуговую сварку сварочной проволокой Св-18ХМА. По
ГОСТ 14771—76 выбираем тип сварного шва (СВ), обеспечиваю-
щий полный провар сварного соединения при односторонней мно-
гопроходной сварке.
Левая часть заготовки (фланец) проектируется как поковка,
получаемая на КГШП (п. 5.4.3). Правая часть заготовки (хвостик)
представляет собой трубу 76X18 (ГОСТ 8732—78) длиной 148 мм.
На торце трубы выполняется разделка кромок в соответствии с
размерами шва С8 по ГОСТ 14771—76. Зная конфигурацию и
размеры исходных частей заготовки, оформляем ее чертеж
(рис. 6.5). Расчетная масса заготовки — 12,4 кг.
158
6.4. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СВАРНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ
ЗАГОТОВОК
6.4.1. Свариваемость металлов
/Совокупность технологических характеристик основного метал-
ла, обеспечивающая возможность при принятом технологическом
процессе создавать надежное в эксплуатации и экономичное свар-
ное соединение, называют свариваемостью. Свариваемость не яв-
ляется неотъемлемым свойством металла, т. к. определяется также
способом и режимом сварки. Практически под хорошей сваривае-
мостью понимается возможность при обычной технологии получить
сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без тре-
щин и без снижения пластичности в околошовной зоне.
Установить общие критерии свариваемости для всех металлов
и сплавов невозможно. В настоящее время классифицируются по
свариваемости только стали. В зависимости от содержания углеро-
да и легирующих элементов стали делятся на хорошо, удовлетво-
рительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.
Хорошо сваривающиеся стали (СтЗ, 10, 15НМ, 12Х18Н9Т) без
труда образуют сварные соединения по обычной технологии. Для
сварки удовлетворительно сваривающихся сталей (БСт5, 30, 35,
15ХСНД, 12Х14А) необходим предварительный подогрев и после-
дующая термообработка. Ограниченно сваривающиеся стали (Стб,
БСтб, 40, 50, ЗОХГСА, 5ХНМ) в обычных условиях сварки склонны
к образованию трещин. Перед сваркой их чаще всего подвергают
термообработке и подогревают. Для большинства сталей необходи-
ма также термообработка после сварки. Сварку плохо свариваю-
щихся сталей (60Г, 50ХГА, 85, У8, У1,0А, Р18, Х12, ЗХ2В8Ф) вы-
полняют с обязательной термообработкой, подогревом в процессе
сварки и последующей термообработкой.
6.4.2. Обеспечение технологичности сварных
и комбинированных заготовок
/Технологичность обеспечивается выбором материала заготовки,
типа сварного соединения, конструкции свариваемых элементов,
вида сварки и технологии сварки, у
При выборе материала заготовки следует учитывать не только
его эксплуатационные свойства, но и его свариваемость. Сварка
материала не должна ухудшить работу сварной конструкции в ре-
альных условиях эксплуатации. Например, если конструкция ра-
ботает при низких температурах, то материал заготовки должен
обеспечить после сварки металлу сварного шва и околошовной зо-
ны порог хладноломкости ниже предполагаемой температуры экс-
159
плуатации сварного изделия. Если стремления выбрать материал
с наилучшими эксплуатационными характеристиками и хорошей
свариваемостью вступают в противоречие, то следует выбрать комп-
ромиссный вариант с возможно меньшей стоимостью материала.
Необходимо также помнить, что термообработка до или после свар-
ки и нагрев перед сваркой могут существенно улучшить сваривае-
мость материалов.
Типы сварных соединений, подготовка свариваемых частей к
сварке (разделка кромок) зависят от способа сварки, толщины де-
талей и других факторов. Наиболее просты и технологичны при
способах сварки плавлением стыковые швы (рис. 6.6, а). Если
толщина деталей велика, применяют двухстороннюю сварку. Тав-
ровые и угловые соединения характерны для изготовления прост-
ранственных конструкций. Если габариты позволяют поворачивать
конструкцию в удобное для сварки (нижнее) положение, такие
швы также достаточно технологичны для способов сварки плав-
лением.
Нахлесточные соединения чаще всего применяют для сварки
листовых заготовок. Наиболее технологично сваривать их контакт-
160
3
Рис. 6.7. Обеспечение удобства до-
ступа сварочного инструмента в зо-
ну сварки:
а — нетехнологично; б — технологично
ной сваркой. Нахлесточные соединения, выполненные сваркой плав-
лением (рис. 6.6, б), по сравнению со стыковыми соединениями ме-
нее прочны и менее экономичны.
Выбор конструкции свариваемых элементов производится, ис-
ходя из толщины этих элементов, их взаимного расположения, сво-
бодного доступа к лицевой и корневой частям шва, стремления свес-
ти к минимуму длину сварных швов.
При проектировании сварных заготовок необходимо учитывать
следующие основные факторы.
1. Число сварных соединений должно быть минимальным, так
как прочность соединения может быть меньше, чем прочность ос-
новного металла детали. Сварные швы по возможности следует
предусматривать прямолинейными и непрерывными по длине.
2. Конструкция и взаимное расположение свариваемых элемен-
тов должны обеспечивать удобство доступа сварочного инструмен-
та в зону сварки. Так, при приварке стенок, перегородок жела-
тельно выносить сварные швы из тесного пространства между ними
(рис. 6.7, /). При приварке фланцев к стенке желательно увели-
чить зазор между ними или вынести сварной шов на наружную
поверхность фланца (рис. 6.7, 2). В случае контактной сварки сле-
дует стремиться к тому, чтобы использовались стандартные пря-
мые электроды, а не специальные. Для этого необходимо изменить
конструкцию свариваемых элементов или предусмотреть техноло-
гические вырезы, отверстия и др. (рис. 6.7, 3). Расположение свар-
1/26 437
161
Рис. 6.8. Примеры выбора способа сварки:
а — нетехнологично; б •— технологично
а @ 5
ного шва напротив бурта или рядом с выступающей частью заго-
товки (рис. 6.6, в) затрудняет сварку и рентгеновский контроль.
3. При наличии нескольких возможных вариантов сварки сле-
дует применять наиболее простые и производительные способы.
Например, при приварке рычага к оси рациональнее заменить ко-
льцевые швы электрозаклепкой (рис. 6.8, /). При сварке листовых
конструкций или фланцев с трубами следует заменять дуговую свар-
ку контактной (рис. 6.8, 2, 3).
4. В сварной конструкции не должно быть резких (ступенча-
тых) переходов по толщине металла (рис. 6.9), отклонений от сим-
метричности расположения элементов по толщине; не должно быть
резких переходов форм конструкции (малых радиусов закругления
вырезов). В противном случае возможно разрушение конструкции
в результате концентрации напряжений. Это особенно важно для
конструкций, работающих в условиях знакопеременных нагрузок
и вибрации. Для таких конструкций необходимо предусмотреть
плавные переходы от металла шва к основному металлу.
При контактной сварке конструкция заготовки должна обеспе-
чить необходимую по величине контактную поверхность деталей.
Рис. 6.9. Сварка исходных заготовок различной толщины:
а—-при S/Si<3; б — при З/З^З, при этом />5(3—30; l'>3(S—SO
162
Рис. 6.10. Обеспечение провара сварного
шва:
а — нетехнологично; б, в — технологично
Рис. 6.11. Фиксация положения деталей^
при сварке
При стыковой сварке следует стремиться к тому, чтобы сваривае-
мые детали вблизи стыка имели одинаковые или близкие по форме
и размерам сечения. Отклонения от соосности свариваемых частей
не должно превышать 15 % при сварке цилиндрических стержней
и 10 % при сварке стержней прямоугольного сечения.
5. Разделка кромок должна обеспечивать проварку шва по всей
толщине. В то же время следует избегать трудоемкой разделки кро-
мок. Вместо этого желательно образовывать сварочную ванну пу-
тем правильного размещения свариваемых деталей (рис. 6.10).
6. С целью обеспечения точного положения соединяемых эле-
ментов необходимо предусматри-
вать их взаимную фиксацию (рис.
6.11, а). Если свариваемые дета-
ли имеют точные или обработан-
ные поверхности, то их следует
располагать подальше от зоны
сварки, чтобы на них не попада-
ли брызги металла или не оказы-
вала теплового воздействия сва-
рочная дуга (рис. 6.11, б).
7. Для снижения концентра-
ции сварочных напряжений не-
обходимо избегать пересечения
сварных швов в одном узле и сво-
дить к минимуму количество на-
плавляемого металла (рис. 6.12).
Рис. 6.12. Примеры конструкции свар-
ных узлов:
а — нетехнологично; б — технологично
6*
163
8. Габариты сварных заготовок должны соответствовать возмож-
ности их обработки в термических печах. Если термическая обра-
ботка не дает должного эффекта, невозможна или экономически не-
выгодна, равнопрочность сварных соединений может быть достиг-
нута за счет утолщения кромки элементов конструкции на ширине
не менее зоны термического влияния.
Важной задачей является правильный выбор способа сварки в
соответствии с назначением, формой и размерами конструкций.
Назначение способа сварки в значительной степени определяется
свариваемостью, особенно при соединении разнородных материа-
лов, конструктивным оформлением сварных соединений, степенью
их ответственности и производительностью процесса. Необходимо
также учитывать тип соединений, присадочный материал, приемы
и обеспечение удобства выполнения сборочно-сварочных соедине-
ний. Эти условия предопределяют механические свойства соедине-
ний и допускаемые напряжения, необходимые для прочностных рас-
четов конструкций. Так, для сварки длинных швов встык более
технологично применение дуговой автоматической сварки. Толсто-
стенные элементы соединяют электрошлаковой сваркой. Для свар-
ки внахлест тонколистовых материалов рационально применение
контактной сварки. Некоторые виды свариваемых материалов (алю-
миниевые и титановые сплавы, нержавеющие стали и т. п.) требу-
ют надежной защиты зоны сварки от окисления, т. е. применения
аргонно-дуговой, электронно-лучевой и диффузионной сварки. Не-
обходимо также учитывать возможности мехайизации и автомати-
зации процесса выбранного способа сварки.
Рациональная технология сварки должна обеспечить минималь-
ный уровень сварочных напряжений и как следствие — сварочных
деформаций. Это достигается за счет различных технологических
приемов. В частности, сварка при повышенных плотности тока и
скорости сварки дает меньшие деформации. Предварительный по-
догрев, уменьшая разность температур между основным и рас-
плавленным металлами, ведет к снижению остаточных напряже-
ний.
Уменьшение размеров сварного шва, переход от односторонней
разделки кромок к двухсторонней повышают технологичность кон-
струкции, так как снижаются сварочные деформации.
Наименьшие деформации после сварки будут иметь конструк-
ции, соединения в элементах которых располагаются так, что сум-
ма статических моментов объема металла швов относительно цент-
ра тяжести сечения элемента равна нулю или близка к. нему. По-
этому рекомендуется располагать швы в элементах симметрично
(рис. 6.6, е). Для уменьшения остаточных напряжений следует
избегать в изделии пересекающихся швов, а также их скопления.
Для уравновешивания деформаций следует применять рациональ-
164
Рис. 6.13. Рациональная последовательность (/, ...)
наложения сварных швов:
а — при многопроходной сварке в пределах поперечного
сечения; б — при сварке длинных швов; в — при сварке
пространственных конструкций
ную последовательность наложения сварных швов: при многопро-
ходной сварке толстых деталей рекомендуется последовательно
переходить с одной на другую сторону сечения (рис. 6.13, а); длин-
ные прямолинейные швы рекомендуется разбивать на участки, свар-
ка которых ведется в противоположных направлениях (рис. 6.13, б);
при сварке пространственных конструкций необходим переход с
одного элемента на другой (рис. 6.13,в). При соединении оболочек
кольцевыми швами необходимо продольные швы располагать не по
одной линии, а смещать их относительно друг друга (рис. 6.6, г).
При этом удается снизить концентрацию напряжений и повысить
работоспособность изделия.
Хорошие результаты дает предварительный изгиб свариваемых
деталей в сторону, противоположную сварочной деформации (рис.
6.14). Сварку сложных деталей нежесткой конструкции произво-
дят в специальных приспособлениях (кондукторах). Жесткое за-
крепление во время сварки и охлаждения препятствует коробле-
нию деталей тогда, когда из-за высоких температур их материал
обладает повышенной пластичностью. По окончании сварки при
тех же остаточных напряжениях больших деформаций не возни-
кает.
Рис. 6.14. Сварка деталей без предварительного из-
гиба (а) и с предварительным изгибом (б) в зоне
сварки
а
V2+6 437
165
При выполнении стыковых соединений из алюминиевых сплавов
необходимо предусмотреть возможность удаления оксидных пленок
из стыка в проплав, применяя сварочные подкладки с профилиро-
ванными канавками или специальным оформлением конструкции
соединения (рис. 6.6, д). Оксидные включения, остающиеся в швах,
служат причиной зарождения трещин и нарушения герметичности.
V Механическую обработку сварных заготовок следует, как пра-
вило, производить после отпуска, так как удаление части сечения
вызывает перераспределение остаточных напряжений и искажение
ранее обработанных поверхностей. Однако эти искажения зависят
от жесткости обрабатываемой детали и размера снимаемого слоя
и могут быть невелики. Поэтому часто сварные изделия обрабаты-
вают без предварительной термообработки.у*
6.4.3. Термическая обработка сварных заготовок
•^Термическая обработка сварных заготовок производится с це-
лью улучшения свойств металла шва и околошовной зоны и для
снятия сварочных напряжений. Режим термообработки определя-
ется химическим составом, теплофизическими и механическими
свойствами материала. Термообработка способствует обеспечению
точности последующей механической обработки заготовки, а так-
же стабильности размеров и формы сварного изделия в процессе
эксплуатации.
Наиболее полное снятие напряжений производится с помощью
^общего высокого отпускать термических печах. Заготовку нагрева-
ют др 600...650 °C и выдерживают в течение времени, которое опре-
деляют из расчета 2...3 мин на 1 мм толщины металла. Положение
заготовки в печи должно предотвратить ее деформацию за счет
провисания под собственной тяжестью. Охлаждение после отпуска
производится медленно, чтобы в металле снова не возникли напря-
жения. Заготовки из среднеуглеродистых сталей часто охлаждают
до температуры 300 °C с печью, а затем — на воздухе. Для сталей,
склонных к охрупчиванию при температуре 600...620 °C, темпера-
тура отпуска снижается до 550...560 °C.
ч Местный высокий огп^ск^применяется для крупных деталей в
местах, где непосредственно производилась сварка, с целью сни-
жения уровня сварочных напряжений и повышения пластичности
металла. Нагрев в этом случае производится с помощью перенос-
ных индукционных термических печей или газовых горелок. Нагрев
может также осуществляться наложением дополнительного слоя
металла с применением соответствующего режима сварки. Местный
отпуск производят в кондукторах сразу же после сварки. При этом
следует отметить, что неравномерный местный нагрев может вы-
звать свои нежелательные остаточные напряжения.
166
Термопластичный отпуск?— это нагрев смежных зон основного
металла, параллельных шву. Пластическая деформация при нагре-
ве снимает остаточные напряжения сжатия в околошовной зоне.
Этот метод требует тщательной регулировки источника нагрева и
определенной скорости перемещения его вдоль шва.
^Необходимо помнить, что высокий отпуск — более дорогая опе-
рация, значительно увеличивающая стоимость изготовления заго-
товки, и ее следует применять в действительно обоснованных слу-
чаях, например, когда заготовка подвергается в дальнейшем меха-
нической обработке с целью получения точных присоединительных
размеров ит. п/
6.5. СВАРНЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАГОТОВКИ
Сварные заготовки/Многие сварные заготовки изготавливают
из листового проката, фасонных и гнутых профилей, что обеспечи-
вает возможность получения легких изделий повышенной жест-
кости и устойчивости. К таким заготовкам относятся рамы, стани-
ны, барабаны, корпуса редукторов, зубчатые колеса (рис. 6.15),
штанги, тяги (рис. 6.16), подшипниковые опоры разных систем
(рис. 6.17) и т. п. Все они выполнены из листового проката с уси-
20
20
Рис. 6.15. Сварное зубчатое колесо
гм"
лением корпусов приваркой ребер жесткости.
В ряде случаев применение сварки дает существенный экономи-
ческий эффект и снижает трудоемкость механической обработки
заготовки. Так, переход с литья по выплавляемым моделям на ре-
льефную сварку при изготовлении проушин амортизаторов авто-
мобилей и мотоциклов (рис. 6.18) уменьшил расход металла на
35 %, а трудоемкость — на
90%.
Примером использования
> сварки для повышения тех-
нологичности конструктив-
ного решения может слу-
жить полуось трактора (рис.
6.19). Если полуось расчле-
нить на две части, то внут-
ренние шлицы можно легко
обработать протяжкой. Для
изготовления заготовок та-
ких полуосей используют
сварку трением на специаль-
ной машине.
/ Комбинированные заго-
товки. В современном маши-
ностроении тенденции в из-
V2+6*
167
Рис. 6.16. Сварные тяги
V/////////A
168
готовлении крупных заготовок ведут к замене литых заготовок
комбинированными, которые получают сочетанием ковки и литья
со сваркойУЭто позволяет подойти дифференцированно к различ-
ным частям детали, в частности, использовать в одной конструкции
разнородные материалы, наиболее соответствующие условиям ра-
боты различных элементов, уменьшить массу и металлоемкость
конструкций. Комбинированные заготовки обладают большей тех-
нологичностью. Их внедрение снижает сроки освоения производ-
ства, сокращает расходы на литейную и штамповочную оснастку.
Сварно-литые заготовки изготавливают при производстве ста-
нин прессов, прокатных станов, станков, корпусов редукторов, кар-
теров тепловозных двигателей, толстостенных сосудов, различных
деталей вагонов и т. п. Расчленение крупногабаритных цельноли-
тых заготовок позволяет использовать более точные способы литья
(в кокиль, под давлением), применение которых резко снижает
объем механической обработки. При наличии в детали стенок тол-
щиной свыше 30 мм, сопрягаемых со стенками малых сечений и с
частями, имеющими сложный профиль, применяют сварно-литую
заготовку. При сочетании стенок постоянного сечения толщиной
до 30 мм со сложными фасонными профилями переменного сечения
применяют сварно-листо-литые заготовки.
При конструировании сварно-литых заготовок прибыли на
отливке располагают вдали от кромок, подлежащих сварке. Повы-
шенное содержание серы и углерода в местах расположения при-
былей приводит к появлению дефектов в сварных швах и в при-
легающих к ним зонах металла отливки. При конструировании
сварно-литых заготовок, образующих жесткий контур, следует пре-
дусматривать соединение отдельного элемента с остальной частью
конструкции не более чем двумя сварными швами. В случае боль-
169
шего числа стыков осуществить сварку намного сложнее, а иногда
невозможно. При конструировании крупногабаритных сварно-ли-
тых заготовок стремятся к тому, чтобы габаритные размеры мел-
ких отливок обеспечивали возможность машинной формовки, а
длина отдельных частей во избежание коробления не превышала
4...5 м. В сварно-литых заготовках с нечетным числом отверстий
разъем размещают в плоскости, поперечной к оси среднего отвер-
стия, что существенно упрощает сварку.
В зависимости от размеров поперечного сечения, типа сварного
шва и материала сварку элементов заготовки производят различ-
ными видами дуговой, контактной или электрошлаковой сварки.
Экономическая эффективность применения сварной конструкции
вместо литой растет с увеличением массы и габаритов заготовки.
Например, удельная себестоимость литой заготовки сегмента мас-
сой 40 кг составляет 362 р./т, а соответствующей сварной заготовки
массой 33,5 кг — 270 р./т (снижение себестоимости на 25,4%).
Штампо-сварные заготовки (рамы, кожухи, ободы, шкивы, ем-
кости и др.) изготавливают обычно из листового материала. Они
позволяют заменить литые или штампованные заготовки, требую-
щие в дальнейшем довольно дорогой механической обработки. Кон-
струкция штампо-сварной заготовки должна одновременно отве-
чать условиям технологичности и листовой штамповки, и сварки.
Штампо-сварные заготовки имеют ряд преимуществ: высокая
производительность изготовления; сокращение расхода материала
и снижение массы конструкции; простота получения заготовок со
сложными конструктивными формами; сравнительно низкая себе-
стоимость изготовления заготовок. Штампо-сварные заготовки сва-
ривают в основном контактными способами сварки.
Изготовление крупных цельнокованых деталей обычно сопря-
жено с большими отходами материала, значительной неоднород-
ностью свойств металла по сечению поковки, использованием уни-
кального оборудования. Применение сварной заготовки из отдель-
ных поковок приводит к значительному снижению трудовых,
материальных и энергетических затрат и повышению качества из-
делий. Однако в отличие от литья точность и форма поковок огра-
ничиваются возможностями применяемого оборудования и инст-
румента, обычно требуется значительная механическая обработка
перед сваркой.
Примерами конструкций, изготовленных из поковок, служат
различные сварные валы (рис. 6.20).
Сварно-ковано-литые заготовки изготавливают сочетанием ли-
тых элементов с поковками или заготовками из проката, соединяе-
мых затем сваркой. Такие конструкции часто применяются в тяже-
лом и энергетическом машиностроении: роторы турбин, массивные
валы; крупные зубчатые колеса, рамы и т. п. По сравнению .с ли-
170
Cf-ш
Cl-Ш
Рис. 6.20. Сварной вал шахтной подъемной машины
тыми (или коваными) сварно-ковано-литые заготовки имеют сле-
дующие преимущества: значительное снижение массы заготовки;
упрощение литейной и штамповочной технологии изготовления со-
ответствующих элементов заготовки; повышение качества и точ-
ности изготовления отдельных элементов заготовки; сокращение
производственного цикла.
Например, при изготовлении щековой дробилки масса литой
станины составляла 115 т. Переход к сварной конструкции позволил
снизить массу на 26,5 т и сократить срок изготовления с 5...6 мес.
до 2...3 мес. Переход от литой к сварно-ковано-литой конструкции
рамы экскаватора снизил массу на 32 %, а трудоемкость изготов-
ления — с 300 до 147 ч.
Соединение элементов сварно-ковано-литых заготовок произво-
дится в основном электрошлаковой или контактной стыковой свар-
кой и реже — дуговыми способами сварки.
Преимущества комбинированных сварных конструкций, в кото-
рых использованы одновременно заготовки, полученные различны-
ми способами (отливки, поковки, листовой и сортовой прокат),
прежде всего проявляются при изготовлении тонкостенных протя-
женных деталей.
Эффективным направлением является использование в различ-
ных частях сварных конструкций разнородных материалов, наи-
более полно отвечающих требованиям эксплуатации, применение
двухслойного проката со специальными свойствами облицовочного
слоя и других сочетаний. Примером может служить ротор газовой
турбины. По ободу диск ротора подвергается действию высоких
температур и относительно небольших усилий, а центральная часть
работает в условиях невысоких температур и воздействия больших
усилий. Подобрать материал, одинаково хорошо работающий в
этих условиях, очень трудно. Поэтому целесообразно изготовить
сварной ротор: центральную часть из высокопрочной стали перлит-
ного класса, а обод диска из жаропрочной аустенитной (рис. 6.21).
171
Рис. 6.21. Сварной вариант ротора газовой турбины
/Технико-экономическое сравнение вариантов изготовления це-
льных литых или штампованных заготовок, с одной стороны, и
сварно-литых или сварно-штампованных заготовок, с другой, про-
изводится по уменьшению (или увеличению) массы заготовки; за-
тратам на изготовление модельной оснастки, штампов и других
приспособлений; времени цикла подготовки и освоения производ-
ства; себестоимости изготовления заготовки. S
При оценке различных вариантов изготовления заготовки в каж-
дом конкретном случае следует учитывать особенности данной кон-
струкции, технологические свойства материала, тип производства,
требуемую точность изготовления и другие факторы. В качестве
примера рассмотрим три варианта изготовления заготовки шес-
терни большого размера (рис. 6.22).
Первый вариант заготовки (рис. 6.22, а) изготовлен из кова-
ного обода, диска из листовой стали и катаной ступицы. Он выго-
ден тогда, когда серия изготавливаемых заготовок не велика, т. е.
в единичном производстве. Изготавливать в этом случае литейную
оснастку долго и дорого. Сварно-литой вариант (рис. 6.22, б) выго-
ден тогда, когда отформовать и отлить всю шестерню сразу не
представляется возможным из-за отсутствия соответствующего
Рис. 6.22. Конструктивные варианты заготовки шестерни:
а — сварно-штампованный; б — сварно-литой; в — литой; 1 — обод кованый; 2 — ребро из
листовой стали; 3 — ступица из проката; 4 — обод катаный; 5 — ступица литая
172
оборудования. Размеры литой ступицы существенно меньше. Кро-
ме того, применение катаного обода дает более высокое качество
и износостойкость поверхности зубьев. Второй вариант можно при-
менить в серийном производстве. Третий вариант (рис. 6.22, в) —
полностью литая заготовка — рационален только в крупносерий-
ном производстве, когда на предприятии имеются возможности для
изготовления соответствующих модельной оснастки и форм.
При технико-экономическом сопоставлении возможных вариан-
тов изготовления цельных (литых, кованых, штампованных) и ком-
бинированных (сварных) заготовок следует определять число «кри-
тической» серийности N, показывающее, при каком максимальном
количестве деталей наиболее экономичен сварной вариант
N = M/(S — O), (6.1)
где S — стоимость одной комбинированной заготовки; О — стои-
мость одной цельной заготовки; М — стоимость одного модельного
комплекта, штампов и других приспособлений, необходимых для
изготовления цельной детали. »
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности и технологические возможности основных способов
сварки?
2. Каков порядок проектирования сварных заготовок?
3. Какие факторы учитывают при проектировании сварных заготовок?
4. От чего зависит свариваемость металлов и сплавов?
5. Перечислите рекомендации по обеспечению технологичности конструкций свар-
ных заготовок.
6. Какие факторы определяют целесообразность применения комбинированных
заготовок?
7. ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ
7.1. ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПОРОШКОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Производство заготовок методами порошковой металлургии
включает получение и подготовку порошков исходных материалов
(металлов, сплавов, металлоидов и др.); прессование изделий не-
обходимой формы в специальных пресс-формах; термическую, об-
работку (спекание) спрессованных изделий, обеспечивающую им
окончательные свойства. Иногда применяют совмещение операций
прессования и спекания, пропитку пористого брикета расплавлен-
ным металлом, допрессовку или калибровку спеченных полуфабри-
катов и пр.
173
7.1. Характеристики конструкционных порошковых материалов
—/ ,— Детали по степени нагруженности Группа плотнос- ти мате- риала Порис- тость материа- ла, % Предел проч- ности, % пре- дела прочнос- ти беспорис- тых материа- лов Пластичность и ударная вяз- кость, % дан- ных свойств беспористых материалов Плотность порошковых сталей, кг/мв
Малонагруженные 1 25...16 30...45 25...35 6000...6600
Умеренно нагружен- ные 2 15...10 45...65 35...60 6700...7100
Средненагруженные 3 9...2 65...95 60...90 7200...7700
Т яжелонагруженные 4 <2 95...100 90...100 >7700
Методы порошковой металлургии позволяют получить матери-
алы как аналогичные по структуре и свойствам традиционным, так
и обладающие совершенно новыми комплексами свойств. При этом
совмещаются процессы получения конструкционных материалов и
формообразования заготовок, часто не требующих последующей
размерной обработки или подвергаемых незначительной механи-
ческой обработке.
В зависимости от условий эксплуатации конструкционные по-
рошковые материалы (КПМ) подразделяют на две группы: мате-
риалы, заменяющие обычные углеродистые и легированные стали,
чугуны и цветные металлы; материалы со специальными свойства-
ми — износостойкие, инструментальные, жаропрочные, жаростой-
кие, коррозионностойкие, для атомной энергетики, с особыми физи-
ческими свойствами (магнитными, электро- и теплофизическими
и др.), тяжелые сплавы, материалы для узлов трения — антифрик-
ционные и фрикционные и др. Физико-механические свойства КПМ
при прочих равных условиях определяются плотностью (или по-
ристостью) изделий, а также условиями их получения. По степени
нагруженности порошковые детали подразделяют на четыре груп-
пы (табл. 7.1).
Прочность и жесткость малонагруженных деталей не рассчи-
тывают, их размеры выбирают из конструктивных или технологи-
ческих соображений. При изготовлении из традиционных литых или
деформированных материалов такие детали имеют слишком боль-
шой запас прочности и повышенную массу. Поэтому массовое из-
готовление заготовок этих деталей методами порошковой метал-
лургии позволяет экономить значительное количество металла. При-
чем могут быть использованы наиболее дешевые порошки метал-
лов без их легирования (обычно порошки железа или шихты на
его основе с добавками углерода).
174
К умеренно нагруженным деталям условно относят такие, ра-
ботоспособность которых в течение всего периода эксплуатации
при действующих напряжениях обеспечивают КПМ с пределом
прочности, не превышающим при статическом одноосном растяже-
нии 45...65 % (в условиях динамического нагружения 35...60 %)
соответствующих характеристик беспористого материала анало-
гичного состава. Обычно их изготавливают из порошков углеродис-
тых или низколегированных сталей. Большинство умеренно нагру-
женных деталей не подвергается расчетам на прочность и жест-
кость. Их размеры также выбирают из конструктивных или техно-
логических соображений.
Ср ед ненагр уженные детали находятся под воздействием значи-
тельных статических или умеренных динамических нагрузок. Их
изготавливают из порошков углеродистых или легированных ста-
лей, цветных металлов и сплавов. Необходимый уровень прочности
деталей обеспечивает материал пористостью 2...9 %.
На тяжелонагруженные детали воздействуют статические или
динамические напряжения большой интенсивности. Работоспособ-
ность таких деталей обеспечивают КПМ, относительная прочность
которых близка к прочности беспористого материала.
Для получения высоких прочностных характеристик КПМ ис-
пользуют более сложные технологические процессы, включающие
двойное (тройное) прессование, калибровку, горячее прессование,
горячую объемную штамповку и т. д. Физико-механические свойства
наиболее распространенных углеродистых порошковых сталей раз-
личных подгрупп плотности приведены в табл. 7.2.
Преимуществами производства заготовок методами порошко-
вой металлургии, являются: возможность применения материалов
с разнообразными свойствами — тугоплавких, псевдосплавов
(медь — вольфрам, железо — графит и др.), пористых (фильтры,
самосмазывающиеся подшипники) и других; малоотходность про-
изводства (отходы не превышают 1...5%); исключение загрязне-
ния перерабатываемых порошковых материалов; использование ра-
бочих невысокой квалификации; легкость автоматизации техноло-
гических процессов и др.
К недостаткам порошковой металлургии относятся: ограничен-
ность размеров и относительная простота формы получаемых из-
делий; экономичность применения при достаточно больших масшта-
бах производства; остаточная пористость заготовок, которая в не-
которых случаях не позволяет получить такие же физико-механичес-
кие свойства, как у отливок и поковок.
Типовыми деталями, изготавливаемыми из порошковых заго-
товок, являются шестерни, кулачки, звездочки, накладки, шайбы,
заглушки, гайки, втулки, храповики, фланцы, детали измерительных
инструментов и др.
175
7.2. Физико-механические свойства порошковых углеродистых сталей без терми-
ческой обработки
Марка стали ag МПа, не менее о, %, не ме- нее 4>,%, не ме- нее KCtZ, кДж/м? не менее Е, ГПа, не менее НВ
СП10-1 100 6 10 200 80 50...70
СП10-2 120 8 15 350 120 70...80
СП 10-3 150 12 28 500 150 80...90
СП10-4 250 18 35 700 200 90...130
СПЗО-1 120 6 10 200 80 50...70
СПЗО-2 160 8 15 350 120 70...80
СПЗО-З 200 12 25 500 150 80...90
СП30-4 250 18 35 700 200 90...130
СП70-1 120 5 10 150 84 50...70
СП70-2 200 8 15 300 125 70...90
СП70-3 280 10 20 400 160 90...110
СП70-4 360 15 30 600 210 ПО...150
СП90-1 120 2 8 100 85 60...800
СП90-2 200 4 12 220 125 80...100
СП90-3 300 6 20 300 160 100...120
СП90-4 450 10 25 450 210 120...180
Примечания. ав — предел прочности; 6 — относительное удлинение; ф — относи-
тельное сужение; K.CU— ударная вязкость; Е—модуль упругости;
НВ — твердость по Бринеллю. Первое число после индекса СП в
марке стали отражает среднее содержание общего углерода в со-
тых долях процента, цифра после дефиса — подгруппу плотности
стали.
Выбор заготовок, намечаемых для изготовления из КПМ, про-
водят в три этапа:
Отбор деталей, заготовки которых можно изготавливать мето-
дами порошковой металлургии; оценка их технологичности с точки
зрения требований порошковой металлургии (см. п. 7.2) и опреде-
ление возможной схемы технологического процесса; анализ техни-
ко-экономических показателей производства заготовок и опреде-
ление экономической целесообразности их изготовления из порош-
ков.
На первом этапе изучают конструктивные особенности и усло-
вия работы анализируемых изделий. Предварительно определяют
наиболее массовые и быстроизнашивающиеся детали, а также де-
176
7.3. Классификация порошковых заготовок по группам сложности
S сЛ Характерис- тика сечения заготовок по высоте (вдоль Характерис- тика поверх- ностей, ограничиваю- Отно- шение высоты заго- товки Типовые конструкции заготовок
оси прессо- щих заготов- к тол-
Й « О вания) ки по высоте щине
£-5 стенки
I Неизмен- ное сече- ние, без отверстия Парал- лельные плоскости 1...3
II То же, с одним или несколь- кими от- верстиями в направ- лении прес- сования » <8
III То же » 8...10
IV Заготовки с наруж- ным или внутрен- ним бур- том <6
V То же » 6.„8
VI Заготовки с несколь- кими пере- ходами по высоте, без отвер- стий » —
VII Несколько Непарал-
наружных лельные
или внут- плоскости
ренних пе- или КрИ-
реходов волиней-
при нали- ные п0.
чии отвер- верхности,
стии в на- пересека-
правлении ющие оси
нияСС°Ва" прессова-
ния
177
тали, изготавливаемые из дорогих и дефицитных материалов; опре-
деляют общую годовую потребность в порошковых заготовках этих
деталей. Выявленные детали классифицируют по конструкции и
назначению, конфигурации и размеру; точности размеров и шеро-
ховатости поверхностей, условиям эксплуатации. <
При анализе конструкций деталей с целью повышения их на-
дежности за счет применения КПМ необходимо учитывать кинема-
тику и динамику машины и сборочной единицы; удельные нагрузки,
скорости скольжения и инерционные усилия; наличие вибраций и
другие факторы.
По условиям эксплуатации (температура, влажность и агрес-
сивность окружающей среды, наличие или отсутствие смазки, ско-
рость и давление в зоне сопряжения и т. п.) выбирают тип порош-
кового материала (конструкционный, антифрикционный, специаль-
ного назначения и пр.) и его марку.
На втором этапе прежде всего оценивают форму и размеры за-
готовки. Для этого вычерчивают эскиз заготовки, определяют ее
группу сложности (табл. 7.3), анализируют возможность измене-
ния формы и размеров. Затем определяют последовательность опе-
раций при получении заготовки (табл. 7.4), ее расположение в
пресс-форме, необходимость операции калибровки или последую-
щей механической обработки для получения требуемой точности
размеров.
По давлению прессования и площади поперечного сечения за-
готовки находят потребную мощность прессового оборудования
[13].
При анализе возможности производства порошковых заготовок
учитывают сложность изготовления пресс-форм, количество и тру-
доемкость операции, влияние конфигурации детали на равномер-
ность плотности заготовки по всему сечению. Наиболее целесооб-
разно изготавливать методами порошковой металлургии заготовки
из цветных металлов и сплавов (1...7 групп сложности), стальные
и чугунные детали крупносерийного производства (1...5 групп слож-
ности) . ’
На третьем этапе для сравнения с другими видами заготовок
анализируют годовую программу выпуска порошковых заготовок,
которая должна быть не ниже критической, коэффициент исполь-
зования материала и себестоимость изготовления заготовки с уче-
том последующей механической обработки.
Заготовки, намечаемые для производств методами порошковой
металлургии по сложности технологической подготовки их произ-
водства, можно подразделить на: заготовки, имеющие аналоги по
конструктивно-технологическим признакам подобной сложности из
выбранного типа КПМ, которые освоены промышленностью и мо-
гут быть полностью изготовлены по отработанной технологии; за-
178
7.4. Основные технологические схемы производства заготовок методами порош-
ковой металлургии
Степень нагружен- ности деталей Квалитет точности Груп- па сло- жнос- ти за- гото- вок Тип производства
Мелкосерийное | Серийное, массовое
Технологические операции
основные дополнитель- ные основные дополни- тельные
Малснагруженные 11... 14 1...7 А М, И, П 5...10 1...7 А М, И, П Умереннонагру- 11...14 1...7 Б, Е, Ж М,ТО,И,П женные 5...10 1...4 Б М, ТО, И, П 5...7 Б ТО, Д, И, П Средненагружен- 11...14 1...7 Г, Е, Ж М,ТО,П ные 5...10 1 ...7 В, Гх Ж ТО, Д, П Тяжелонагружен- 11...14 1...7 В, Г, Н М, ТО, П ные 5...7 1...7 В, Г, Н ТО, Д, П А К, И, П А, Б К, И, П Б, Е, Ж И, П Б ТО, И, П Б ТО,Д,И,П Г, Е, Ж ТО, П В, г, ж то, Д, п В, Г, Н ТО, П В, Г, н то, д, п
Примечание. А — холодное прессование + спекание; Б — двойное прессование +
+ спекание; В — холодное прессование + спекание + холодная
штамповка + отжиг; Г — холодное прессование + спекание + горя-
чая штамповка + отжиг; Д — шлифование или доводка; Е — холод-
ное прессование + пропитка легкоплавким металлом; Ж —спекание
порошка в форме + пропитка легкоплавким металлом; И — пропит-
ка кремнийорганичекой жидкостью и полимеризация; К — калибров-
ка; М — механическая обработка; Н — холодное прессование + спе-
кание + горячая штамповка с истечением металла + отжиг; П —
нанесение покрытий; ТО — термическая обработка.
готовки, не имеющие аналогов подобной сложности с достаточным
опытом промышленного изделия, для которых требуется проверка
отдельных технологических решений; заготовки, не имеющие ана-
логов по конструктивно-технологическим признакам из выбранно-
го типа КПМ с каким-либо опытом промышленного внедрения. Для
производства заготовок первой категории могут быть использова-
ны типовые или групповые технологические процессы, для заго-
товок третьей категории необходима разработка новых технологи-
ческих процессов, а в ряде случаев проведение научно-исследова-
тельских работ. В меньшем объеме такие работы проводятся при
технологической подготовке производства заготовок второй кате-
гории.
179
7.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОРОШКОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Перед оформлением чертежа порошковой заготовки необходимо
тщательно- проанализировать технологичность ее конструктивных
форм.
С усложнением формы прессуемой заготовки затрудняется до-
стижение равномерной плотности во всех ее частях. При прес-
совании перемещение частиц порошка происходит в основном толь-
ко в направлении, параллельном давлению прессования. Поэтому
приходится применять составные пуансоны, части которых имеют
независимое друг от друга движение. Каждый переход сечения за-
готовки необходимо прессовать отдельным пунсоном й в отдельной
части матрицы.
Чем сложнее форма заготовки, тем больше переходов сечения,
тем сложнее и дороже пресс-форма для изготовления заготовки.
При изготовлении заготовок повышенной сложности приходится
применять разрезные матрицы.
Сложность изготовления пресс-форм, их стойкость и стоимость
являются определяющими факторами целесообразности изготовле-
ния заготовок методами порошковой металлургии. Иногда, осо-
бенно в условиях массового производства, для обеспечения техно-
логичности, следует изменить конфигурацию порошковой и сопря-
гаемой с ней деталей. Например, .канавки в отверстии порошковой
детали можно перенести на сопрягаемую деталь (рис. 7.1). Для
сохранения формы прессовки при выталкивании из пресс-формы
порошковые заготовки не должны иметь конструктивных элемен-
тов, препятствующих свободному их выталкиванию (различных
приливов и углублений, расположенных под углом к оси прессова-
ния, косых ребер и пр.). Применение пресс-форм с двумя и более
плоскостями разъема оправдано лишь в исключительных случаях,
т. к. резко увеличивает их стоимость и снижает производительность
труда. Следует максимально уменьшить количество изменений тол-
щины или диаметра заготовки вдоль оси, особенно тогда, когда
это не вызывается конструктивной необходимостью (рис. 7.2, /).
Также необходимо избегать резких изменений толщины стенок
(рис. 7.2, 2).
Рис. 7.1. Обеспечение технологичности конструк-
ций порошковой заготовки изменением конфигу-
рации сопряженной детали:
/ — деталь из порошковой заготовки; 2 — сопрягаемая
деталь
180
Рис. 7.2. Примеры конструкций порошковых заго-
товок:
а — технологично; б — нетехнологично
Толщина стенки прессовок диаметром 10...15 мм и высотой 15...
20 мм должны быть не менее 1,2...1,5 мм. У более крупных заго-
товок минимальная толщина стенок вырастает (ориентировочно
0,8 мм на каждые 25 мм длины). При высоте прессовки меньше
диаметра минимальная толщины стенки составляет 1,6 мм. Толщи-
на донной части глухих отверстий должна быть не менее 2..3 мм.
Отверстия должны располагаться на расстоянии не менее 2...
3 мм от края заготовки и друг от друга. При толщине стенок или
фланцев до 2,5 мм их наружные углы закругляют, а при больших
толщинах выполняют фаску под углом 45°. У основания коничес-
ких поверхностей предусматривают цилиндрический поясок ши-
риной не менее 0,5 мм. В конструкциях заготовки рекомендуется
.181
избегать применения узких и длинных выступов (рис. 7.2, 3), длин-
ных и узких выемок (рис. 7.2, 4), ширина таких выступов и выемок
должна быть не менее 3...4 мм, обратной конусности (рис. 7.2, 5),
острых углов (рис. 7.2, 6) и других форм, приводящих к ослабле-
нию пресс-форм. Необходимо предусматривать небольшие площад-
ки на концах скосов и углов,, что позволит притупить острые углы
на торцах пуансонов. При сопряжении поверхностей следует пред-
усматривать радиус закругления не менее 0,25 мм для внутренних
и не менее 2,5 мм для наружных поверхностей. Скругленные углы
способствуют снижению сопротивления перемещения порошка в
полости матрицы.
Рекомендуется заменять фигурные отверстия в деталях круг-
лыми (рис. 7.2, 7), что удешевляет и упрощает конструкцию пресс-
формы. В прямоугольных отверстиях для облегчения перемещения
порошка углы выполняют закругленными. Вместо косоугольной
насечки следует проектировать крупную прямоугольную, которую
легче можно выполнить в пресс-форме.
Следует избегать применения радиальных канавок (рис. 7.2, 8),
выемок или отверстий, расположенных перпендикулярно к оси
прессования (рис. 7.2, 9). Если же такие элементы формы необхо-
димы, то их следует получать механической обработкой резанием
после спекания прессовки.
Фланцы, расположенные на небольшом расстоянии от края ци-
линдра, лучше прессовать более толстыми с припуском под обта-
чивание после спекания. Резанием обрабатывают также внутрен-
нюю и наружную резьбы. Выемки или радиальные канавки, рас-
положенные параллельно оси прессования, могут быть выполнены
пресс-инструментом. Ступицы шестерен следует выполнять на 2...
3 мм меньше диаметра окружности впадин (рис. 7.2, 10). В случа-
ях, когда это возможно, следует заменять криволинейные и непа-
раллельные поверхности параллельными. Это, в частности, относит-
ся к деталям, которые ранее изготовлялись литьем ли ковкой.
В зависимости от удобства прессования углубления и пазы целе-
сообразно заменять выступами (рис. 7.2,11) или пазы заменять
углублениями (рис. 7.2,12). В целях облегчения выталкивания
прессовок, особенно фланцев, из пресс-форм, их следует выполнять
с конусностью К= 0,007 еч, где еч — упругие последействия по диа-
метру, %.
При изготовлении изделий сложной формы, получение равно-
мерного распределения плотности в которых затруднительно, части
изделия формируются отдельно, а затем их соединяют в одно целое
при спекании или пропитке легкоплавким металлом. Если деталь
имеет длинную выступающую часть, то для увеличения жесткости
ее прессуют с дополнительными ребрами. В таких случаях рекомен-
дуется изменить конструкцию детали, увеличив толщину выступаю-
182
г
Рис. 7.3. Обеспечение техноло-
гичности порошковых загото-
вок с выступающими частями,
выступами и выемками: сле-
ва — нетехнологичный вариант,
справа — технологичный вари-
ант конструкции заготовки
щей части или приблизив ее к одному из торцов детали (рис. 7.3,
а, б, в). При прессовании заготовок с выступами и выемками, кото-
рые оформляются верхним пуансоном, их снабжают конусностью
5...10° для облегчения выталкивания (рис. 7.3, г, д).
Заготовки, рекомендуемые для изготовления наиболее распро-
страненным методом холодного прессования и последующего спе-
кания, должны отвечать, как правило, следующим требованиям:
поперечное сечение — 0,5...60 см2, высота — 2...60 мм, масса не бо-
лее 5... 10 кг, отношение длины к диаметру не более 2,5...3, острые
углы и грани должны быть закруглены радиусом не менее 0,13 мм,
конусность по высоте детали — не более 0,008 мм на 1 мм длины,
точность размеров некалиброванных деталей — 8...14 квалитет, ка-
либрованных— 6...7 квалитет, шероховатость поверхности нека-
либрованных деталей 7?а=2,5...0,63 мкм, калиброванных —
= 0,32—0,08 мкм.
183
7.3. ТОЧНОСТЬ ЗАГОТОВОК, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДАМИ
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
При прессовании в закрытых пресс-формах получают заготовки
заданной формы и размеров. Однако допуски на их размеры по
длине и поперечному сечению более высокие по сравнению с точ-
ной механической обработкой. Точность изготовления порошковых
заготовок зависит от точности пресса, пресс-форм, стабильности
упругих последействий при холодном прессовании и объемных изме»
нений при спекании, износа пресс-форм, роста линейных размеров
полуфабрикатов и изделий при хранении и т. д. Упругое последей-
ствие зависит от ряда технологических факторов: дисперсности и
формы частиц порошка, содержания оксидов, твердости материа-
ла частиц, давления, прессования, наличия смазок и пр. Упругое
последействие в заготовках из порошков хрупких и твердых мате-
риалов всегда больше, чем в изделиях из мягких и пластичных по-
рошков. Оно сильнее проявляется по высоте заготовок (до 5...6 %),
чем по диаметру (не более 2...3 %). Упругое последействие облегча-
ет снятие заготовок с пуансона за счет увеличения охватывающих
размеров, но препятствуют их извлечению из пресс-форм при нали-
чии всевозможных выступов, ребер и пр.
Точность размеров холоднопрессованных брикетов при уплот-
нении «по давлению» соответствует для высотных размеров 12...
...14-му квалитётам, для диаметральных — 6...8-му квалитетам; при
уплотнении с ограничителем для высотных размеров точность со-
ответствует 12-му квалитету, для диаметральных — 8...11-му ква-
литету. Спекание приводит к снижению точности размеров на 1...
...2 квалитета.
Точность геометрической формы и взаимного расположения по-
верхностей прессовок (круглость, соосность) практически не зави-
сят от схемы прессования и определяются в основном точностью
пресс-форм. Поэтому точность изготовления пресс-форм должна
быть на 1 квалитет выше заданной точности порошковых загото-
вок.
Распределение отклонений от номинальных диаметральных раз-
меров деталей типа втулок при уплотнении «по давлению» подчи-
няется нормальному закону, дисперсия которого зависит от ©точ-
ности изготовления деталей пресс-формы. Дисперсия нормального
закона для соосности втулок численно равна зазору между подвиж-
ными деталями пресс-форм. При изготовлении заготовок с точнос-
тью по 6...7-му квалитету для обеспечения их точности по соосности
пресс-формы изготавливают по З...6-му квалитету. При этом реко-
мендуются следующие минимальные зазоры между подвижными
элементами: при диаметре изделий 18 мм — 4...14 мкм; 26 мм — 4...
...18 мкм; 45 мм — 8...26 мкм. При использовании пресс-формы с
184
шероховатостью формообразующих поверхностей /?а=2,5..0,02 мкм
достигается шероховатость холоднопрессованных брикетов /?а=5,0...
...0,16 мкм. Шероховатость спеченных изделий составляет 7?а=2,5...
...0,8 мкм.
Для повышения точности пористых порошковых заготовок при-
меняют калибрование путем обжатия их после спекания в кали-
бровочных пресс-формах при припуске 0,5...1,0 %. Усилие при ка-
либровке составляет 10...25 % усилия холодного прессования. Уп-
ругое расширение после калибрования достигает 0,1 %. Отклонения
диаметральных размеров калиброванных изделий от соответствую-
щих размеров матрицы или стержня калибрующей пресс-формы не
превышает 5...10 мкм.
Калиброванию подвергаются наружные и внутренние поверх-
ности заготовок. Калибровочный припуск устанавливают таким об-
разом, чтобы степень уплотнения не превышала 3 %. Причем, для
наружных поверхностей назначают больший припуск чем для внут-
ренних, особенно при необходимости сохранить на них выходы пор.
Средний припуск для наружного диаметра втулок из железографита
пористостью 15...30 % составляет 0,8...1,2 % от диаметра, для вту-
лок из железа — 0,8... 1,4 %.
7.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ЗАГОТОВОК
Методы порошковой металлургии позволяют экономить трудо-
вые и материальные ресурсы в машиностроении и при эксплуата-
ции машин. В ряде случаев порошковые конструкционные материа-
лы по своим уникальным свойствам не имеют аналогов и позво-
ляют обеспечивать выпуск качественно новой продукции.
Экономическая эффективность изготовления порошковых заго-
товок тем больше, чем больше их серийность. Поэтому такая тех-
нология доступна только при годовой программе выпуска в неско-
лько тысяч штук. Опыт промышленности показывает, что заготовки
из литья и проката черных металлов целесообразно переводить
на изготовление из порошков при серийности 10 000 шт., а заготов-
ки из цветных металлов — при серийности 2000...3000 шт. При ис-
пользовании групповой технологии изготовление порошковых за-
готовок может быть целесообразным и при годовой программе в
несколько сотен штук. Экономически эффективная программа вы-
пуска порошковых заготовок зависит от их группы сложности, мас-
сы, вида порошкового материала и других факторов. Экономически
эффективные программы выпуска для заготовок на основе железа
представлены в табл. 7.5. Сравнение потенциальных возможностей
производства заготовок методами порошковой металлургии и литья
приведено в табл. 7.6.
7 437
185
7.5. Экономически эффективные программы выпуска порошковых заготовок на
основе железа, шт./год
Группа слож- ности порош- ковых загото- вок Сопоставляемая заготовка Программа выпуска порошковых заготовок
без калибровки | с калибровкой
Масса заготовки, г
10...20 40...80 160...320 640... 1280 10...80 40...80 160... 320 680... 1280
I...II 4800 3750 2350 850 11700 9960 7680 1850
III 2940 2350 1650 820 8870 6800 3900 1750
IV Прокат 2100 1810 1250 650 6410 5100 2450 1800
V 1380 1060 830 530 4350 Г 650 1610 1920
VI 700 630 660 770 2760 2100 1580 2050
VII 600 570 800 900 1840 1670 1610 2100
I...II 7250 5260 2750 1000 12800 11200 7920 2300
III 6600 4800 2300 920 11150 9650 7000 2900
IV 5100 3950 2150 1100 10700 9400 6400 3420
Vj Точное литье 4450 3450 1600 1280 9800 8680 6300 3850
VI 3690 3080 1420 1510 9150 8050 6180 4200
VII 3450 2700 1550 1750 8750 7500 6240 4450
I...II 8200 5950 3100 1230 1350011900 8250 3150
III 6350 4850 2160 1150 11600 10200 7150 3540
IV Штамповка 4850 3780 1830 1080 9650 7630 6530 3900
V 4300 2880 1590 1200 8060 5850 5200 4360
VI 3400 2050 1380 1330 6540 4210 4800 4550
VII 2770 950 1300 1460 5300 3960 4300 4780
7.6. Сравнение потенциальных возможностей и ограничений производства загото-
вок методами порошковой металлургии и литья
Критерий сравнения Порошковая металлур- гия Литье по выплавляемым моделям и под давлением
Использование исходного ма- териала, % Масса получаемых изделий, кг Формование Серийность деталей при рента- бельном производстве, тыс. шт. Чистота конечного продукта 100 0,1...1,0 Относительно про- стое; высота изде- лия обычно меньше длины и ширины 10 Очень чистый 60...80 0Д...10 Относительно сложное; высота, длина и ширина не ограничены в преде- лах размеров изделия 2...3 Возможно попадание примесей материала формы Возможна грубая Средняя Обычно 10...30, иногда 2 Сравнимая
Микроструктура Однородность Шероховатость Rz, мкм Стоимость производства Тонкая Очень хорошая 1...50 Сравнимая
186
7.7. Основные технико-экономические показатели производства 1 т заготовок из
железа
Показатели Механичес- кая обработка Порошковая металлургия
Абсолютные значения В % к механи- ческой обра- ботке
Удельные капитальные вложения, тыс. р. 3,1 2,0 65
Материалоемкость, т 2,3 1,05 46
Себестоимость, тыс. р. Коэффициент использования матери- 2,3 0,9 40
ала 0,3...0,5 0,95 190...320 '
Удельные энергетические затраты 1,0 0,6 60
Относительная плотность материала 1,0 0,8...0,95 80...95
Число технологических операций 30...40 .4...6 13...15
Выработка на 1 рабочего, т 2,5 5,0 200
Высвобождение рабочих, чел. Высвобождение металлорежущих — 0,19 0,08 —
станков, шт. Окупаемость капитальных вложений, — —
1,4
год —. —
Экономическая эффективность, тыс. р. — 1,0...4,2 —
Коэффициент использования металла порошковых заготовок
наиболее высок в сравнении с другими видами (литыми, кованы-
ми, штампованными) и может достигать 90...95 %. Эта особенность
наиболее выгодна при изготовлении заготовок из материалов, об-
ладающих низкими технологическими свойствами, давая большую
экономию за счет существенного уменьшения объема механической
обработки.
При оценке стоимости изготовления порошковых заготовок с
учетом последующей механической обработки необходимо также
учитывать уменьшение потерь металла в стружку, повышение про-
изводительности труда, высвобождение металлорежущих станков,
квалифицированных рабочих и т. д. Технико-экономические показа-
тели производства 1 т заготовок из железоуглеродистых сплавов
традиционными методами механической обработки и методами по-
рошковой металлургии приведены в табл. 7.7.
Детали, изготовленные из КПМ, дают значительную экономию
в сфере эксплуатации, обеспечивая высокие эксплуатационные
свойства. Например, антифрикционные спеченные материалы широ-
ко используют для производства заготовок деталей узлов трения
(подшипников скольжения, колец, торцовых уплотнений, шайб,
подпятников, поршневых колец и др.) различных механизмов и ма-
шин. Введение в состав антифрикционных материалов веществ, иг-
рающих роль твердой смазки, присадок, повышающих прочностные
свойства материала, а также наличие в материале подшипника ос-
7*
187
таточных пор (15...30 %), пропитанных смазочными жидкостями,
увеличивают срок службы деталей в 1,5... 10 раз.
Изготовление порошковых заготовок поршневых колец резко
уменьшает расход металла и снижает стоимость колец на 30...40 %.
Для повышения износостойкости изготавливают двухслойные коль-
ца: во внешний слой заготовки вводят 6 % хрома, до 4 % сульфида
цинка в качестве твердой смазки и увеличивают содержание гра-
фита до 3,5 % • Применение таких колец увеличивает ресурс авто-
мобильного двигателя и сокращает расход масла в 1,2...1,5 раза.
Применение спеченных алюминиевых сплавов СПАК-4, СПАК-4В
вместо сплава АК4-1 для изготовления поршней тяжело нагружен-
ных двигателей внутреннего сгорания и других изделий, длитель-
но работающих при повышенных температурах, позволило повы-
сить их жаропрочность и коррозионную стойкость.
Контрольные вопросы
1. Какими преимуществами обладает производство заготовок методами порош-
ковой- металлургии?
2. На какие виды подразделяют порошковые конструкционные материалы в за-
висимости от условий эксплуатации?
3. Какие требования необходимо выдержать при конструировании заготовок из
порошковых материалов?
4. Какие факторы влияют на точность заготовок и деталей, получаемых методами
порошковой металлургии?
5. Какие факторы определяют целесообразность применения заготовок из порош-
ковых конструкционных материалов?
8. ЗАГОТОВКИ ИЗ ПЛАСТМАСС
8.1. ПЛАСТМАССЫ, ИХ СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ
Пластмассы обладают рядом ценных качеств, благодаря кото-
рым их удельный вес в машиностроении имеет тенденцию к возрас-
танию. Как конструкционный материал по прогнозам ученых на
рубеже двадцатого и двадцать первого столетий пластмассы долж-
ны покрыть около 15 % дефицита в металлах.
К основным эксплуатационным достоинствам пластмасс отно-
сятся: малая плотность, высокая демпфирующая способность, сра-
внительно высокая стойкость к агрессивным средам, высокие элек-
тро-, тепло-, звукоизоляционные, фрикционные и другие свойства.
К технологическим достоинствам пластмасс относятся просто-
та и легкость получения заготовок сложной формы при невысоких
(по сравнению с металлами) температурах формообразования, тех-
нологическая простота армирования пластмассовых деталей метал-
лическими элементами, высокая точность получаемых размеров,
188
не требующая во многих случаях механической обработки, отлич-
ная обрабатываемость резанием при сравнительно низких энерго-
затратах.
В то же время пластмассы обладают весьма существенными не-
достатками: пониженные механические характеристики прочности,
в частности, контактной (стальные зубчатые передачи способны
испытывать в 3...3,5 раза большие контактные напряжения чем
пластмассовые), невысокий температурный режим эксплуатации
и более узкий его диапазон, ограниченность в размерах, обуслов-
ленная невозможностью изготовить пресс-форму огромных разме-
ров, высокая стоимость, в 3...85 раз превосходящая стоимость чер-
ных металлов.
По поведению при нагревании пластмассы делят на две основ-
ные группы: термореактивные (реактопласты) и термопластичес-
кие (термопласты). Реактопласты при нагревании вначале перехо-
дят в вязкотекучее состояние, а затем превращаются в необрати-
мые, неплавкие и нерастворимые вещества. В отличие от них термо-
пласты при нагревании и охлаждении способны многократно пере-
ходить из твердого состояния в вязкотекучее и обратно, т. е. изме-
няются обратимо.
Как термореактивные, так и термопластические пластмассы
имеют множество различных названий и марок, отличающихся по
своим физическим, механическим, технологическим и .эксплуатаци-
онным свойствам.
Несмотря на присущие недостатки из пластмасс изготовляют до-
вольно большую номенклатуру деталей: зубчатые колеса, звез-
дочки, штурвалы, рычаги, корпусы, кронштейны, втулки, крышки,
колпаки, крепежные и другие детали. Особенно высок удельный
вес пластмассовых деталей в бытовой и декоративной технике, при
изготовлении детских игрушек и т. д.
8.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТМАСС
Существует несколько способов изготовления заготовок из пла-
стмасс. Так как все они требуют дорогостоящей, специальной ос-
настки (пресс-форм), то областью их применения является серий-
ное и массовое производство.
Рассмотрим краткую характеристику этих способов.
Литье под давлением является наиболее производительным спо-
собом получения деталей из пластмасс. Используется в массовом
производстве заготовок простой и сложной конфигурации. Осуще-
ствляется на специальных машинах, предназначенных для расплав-
ления пластмассы и подачи ее поршнем или шнеком под давлением
50...250 МПа в закрытую охлаждаемую пресс-форму, при раскры-
тии которой изделие автоматически выталкивается. Применяемые
189
Рис. 8.1. Схемы дозирующего и
прессующего устройств машин
для литья под давлением без
предварительной (а) и с предва-
рительной (б) пластификацией:
1 — пресс-форма; 2 — изделие; 3 —
сопло; 4 — электронагревательное ус-
тройство; 5 — литьевой цилиндр; 6 —
дозирующий плунжер; 7 — бункер;
8 — плунжер литьевого цилиндра; 9 —
пластификационный шнек
5
Исходным материалом при этом
при этом способе литьевые
автоматизированные маши-
ны могут работать без пред-
варительной пластификации
(рис. 8.1, а) и с предвари-
тельной пластификацией ис-
ходного материала (рис.
8.1, б). Пресс-формы для ли-
тья под давлением могут
быть одно- и многомест-
ными.
способе изготовления загото-
вок служат термопласты: полиамид, полиэтилен, капрон, этрол, по-
листирол, полипропилен, полиформальдегид, полиуретан, полихлор-
винил. '
Подача материала осуществляется в пресс-форму, подогретую
до температуры 40...80 °C. Для ускорения процесса отверждения в
конструкции пресс-формы обычно предусматривают водяное охлаж-
дение. Максимальный объем отливки, получаемой под давлением,—
1200 см3.
Прямое (компрессионное) прессование применяется для про-
изводства заготовок мелких и средних размеров и осуществляется
на гидравлических прессах усилием 100... 10000 кН и с гидравличес-
ким выталкиванием. Прессование может производиться в закрытых
и открытых пресс-формах.
Прессование в закрытых пресс-формах осуществляется с подо-
гревом последних до 130...180 °С^ Пресс-форма (рис. 8.2, а) имеет
загрузочную камеру и пуансон, с помощью которого на пластичный
материал передается давление 15...16 МПа.
Прессование в открытых пресс-формах применяется для невы-
соких заготовок (рис. 8.2, б). В этом случае заготовки оформляют-
ся в матрице и пуансоне. Избыток материала отжимается по плос-
кости разъема и является отходом. Пресс-формы могут быть съем-
ными и стационарными, как правило, обогреваемые и водоохлаж-
даемые.
190
3
Рис. 8.2.' Съемные пресс-
формы для прямого прессо-
вания:
а — закрытая; б — открытая:
1 — матрица; 2 — подвижная
матрица; 3 — пуансон; 4 — из-
делие; 5 — избыток материала
В качестве материалов при прессовании применяют термоплас-
ты без наполнителя, а также реактопласты (порошкообразные, во-
локнистые и слоистые). Заготовки, полученные литьем под давле-
нием и прессованием, имеют гладкую поверхность, точные разме-
ры и поверхность, не требуют дальнейшей механической обра-
ботки.
Литьевое прессование используется для производства заготовок
сложной конфигурации с локальными утолщениями, с более тон-
кими сечениями и более глубокими отверстиями, чем у заготовок,
изготовляемых прямым прессованием. Исходным материалом при
этом способе служат пресс-порошки, волокниты и термореактив-
ные материалы с порошковыми и мелковолокнистыми наполните-
лями.
Существует две разновидности литьевого прессования: с верх-
ней и нижней заливкой. При прессовании с верхней заливкой зак-
рытие загрузочной камеры и заливка^материала в полость матри-
цы происходят при опускании пуансона. Эта разновидность литья
применяется для изделий, требующих разъема матрицы при их
удалении (рис. 8.3, а). Она осуществляется в обогреваемых пресс-
формах со съемными матрицами на гидравлических прессах. При
прессовании с нижней заливкой закрытие пресс-формы происходит
при опускании верхнего поршня, а заливка материала, расплавлен-
ного в загрузочной камере, осуществляется при подъеме нижнего
выталкивающего поршня (рис. 8.3, б). При этом используются ста-
ционарные обогреваемые пресс-формы, устанавливаемые на гидрав-
лические прессы с верхним и нижним давлением одновременно.
191
Рис. 8.3. Пресс-формы для литьевого прессования с
верхней (а) и нижней (б) загрузочной камерой:
/ — корпус; 2 — матрицы; 3 — загрузочная камера; 4 —
пуаисон; 5 — изделие; 6 — выталкивающая система
Дутьевое (пневматическое) формование используется для про-
изводства заготовок открытого типа (крышки, контейнеры, корыта
и др.) из листовых термопластов толщиной 1,5...4 мм. В качестве
исходных материалов используют, например, оргстекло, винипласт,
полиэтилен, полистирол. Различают негативное и позитивное пнев-
матическое формование.
Негативное формование осуществляется давлением сжатого
воздуха на предварительно разогретый до размягчения листовой
материал, уложенный на форму-матрицу (рис. 8.4, а). Заготовка
приобретает форму матрицы с помощью сжатого воздуха. Для за-
готовок типа сфер формовка может осуществляться без матрицы.
Процесс осуществляется на столе, оборудованном устройством для
обогрева.
Позитивное формование применяется для глубокой вытяжки, ко-
торая осуществляется пуансоном с последующей раздувкой сжатым
воздухом, подаваемым через пуансон. Осуществляется на столе с
поворотной плитой обогрева и пневматическим прессом. В качестве
«§ Рис. 8.4. Схема дутьевого формо-
вания:
а — негативного; б — позитивного;
1 — матрица; 2 — заготовка в про-
цессе формования; 3 — прижимная
плита; 4 — пуансон
192
Рис. 8.5. Схема вакуумного формования:
а — разогрев материала; б — отсос воздуха; в — выталкивание
изделия сжатым воздухом; / — матрица; 2 — заготовка; 3 —
плита разогрева; 4 — прижимная плита; 5 — деталь
оснастки здесь применяется форма-матрица с прижимным пуансо-
ном (рис. 8.4, б).
Вакуумное формование используется для неглубокой вытяжки
крупногабаритных заготовок панельного типа. Изделие форму-
ется вакуумным всасыванием предварительно размягченного листа
в матрицу, а выталкивается сжатым воздухом. Исходный матери-
ал — листовой термопласт толщиной 1,5...3 мм.
Формование осуществляется на вакуум-формовочных маши-
нах в комплексе с компрессором, вакуум-насосом, термоэкраном
для подогрева исходной заготовки и специальной вакуумной фор-
мой (рис. 8.5).
Комбинированное формование является одновременно негатив-
ным и позитивным. Применяется для изделий сложной конфигура-
ции с поднутрениями, а также при глубокой вытяжке. Исходный
материал — листовой термопласт толщиной 2...4 мм. Формование
осуществляется на специальных машинах, оснащенных опокой с
прижимным кольцом и пуансоном для позитивного формования.
Экструзия (выдавливание) используется для производства про-
фильной заготовки неограниченной длины, а также для нанесения
пластмассовой изоляции на проволоку. Осуществляется на различ-
ного типа шнековых экструзионных машинах.
Помимо перечисленных специфических операций заготовки из
реактопласта и термопласта толщиной до 6,5 мм можно получать
штамповкой (вырубка, гибка, отбортовка, пробивка отверстий и
др.). Штамповка пластмасс требует предварительного подогрева
исходной заготовки и осуществляется на гидравлических и механи-
ческих прессах, оборудованных штампами, приспособлениями для
нагрева, гибки и отбортовки.
Иногда для создания весьма сложных, пластмассовых загото-
вок (например, корпусных деталей) прибегают к поэлементному
193
созданию заготовки одним из вышеперечисленных способов с по-
следующей сваркой составных частей, осуществляемой с помощью
специальных нагревательных устройств.
8.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТМАСС
Проектирование заготовок из пластмасс и отработка на техноло-
гичность обусловлены способностью последних заполнять полости
прессформы и извлекаться из них после затвердевания. Поэтому
конструктор должен знать основные рекомендации, выработанные
практикой, по оформлению толщин стенок, радиусов закруглений,
наружных и внутренних поверхностей, мелких конструктивных эле-
ментов типа утолщений, облегчений, отверстий, резьб и пр., кото-
рые, как правило, вытекают из возможностей технологии.
Толщина стенок. При проектировании пластмассовых заготовок
необходимо обеспечить их
равностенность. На рис. 8.6
приведены примеры созда-
ния равностенных заготовок
за счет ликвидации локаль-
Рис. 8.6. Примеры устранения
локальных утолщений на тех-
нологичных (а) и нетехнологич-
ных (б) конструкциях
Рис. 8.7. Повышение прочности дета-
лей с помощью ребер жесткости:
а и б — нетехнологичные и технологичные
конструкции; в — рекомендуемая конфи-
гурация сечения ребер жесткости-
194
8.1. Толщина стенок пластмассовых заготовок, мм
Материал Габаритные размеры детали, мм
До 20 20...50 | 50...100 | 100...250 | Свыи
Пресс-порошки: фенопласты 0,8...1,0 1,0...1,5 1,5...3,0 3,0...5,0 5,0...6,0
аминопласты 0,5...0,8 0,8... 1,0 1,0...2,5 2,5...4,0 4,0...6,0
Волокнистые пресс-материалы 0,4...0,5 0,5...1,0 1,0...3,5 3,5...6,0 6,0...8,0
Термопласты 0,4...0,5 0,5...1,0 1,0...1,5 1,5...2,0 2,0...3,0
и
снижения
толщины
стенок.
С
увеличением тол-
выдержки и опас-
ных утолщений
щины стенок возрастает продолжительность
ность коробления в процессе прессования. При литье под давлением
в толстых сечениях образуется воздушная и усадочная пористость.
Рекомендуемые толщины стенок приведены в табл. 8.1. При прес-
совании малогабаритных заготовок из стекловолокнистых мате-
риалов и литье под давлением полиамидов, толщину стенок можно
уменьшить до 0,3 мм, так как эти материалы имеют повышенные
механические свойства.
Прочность и жесткость деталей рекомендуется повышать путем
применения ребер жесткости (рис. 8.7, а, б), толщина которых в
наибольшем сечении не должна превышать толщину S стенки (рис.
8.7, в). Для круглых деталей
и сплошные радиальные реб-
ра жесткости, так как они
препятствуют усадке.
Радиусы закруглений в
местах сопряжения поверх-
ностей улучшают заполняе-
мость пресс-форм и внешний
вид деталей. Острые кромки
допускаются только на по-
верхностях, по которым про-
ходит плоскость разъема
пресс-формы. После зачист-
ки заусенца на этих кромках
образуются фаски величи-
ной 0,2...0,3 мм.
Прочность корпусных де-
талей повышается при плав-
ном утолщении стенок в мес-
тах закругления (рис. 8.8),
которое достигается сопря-
не рекомендуются концентричные
Плоскость разъема
Рис. 8.8. Примеры оформления радиусов за-
круглений:
а и б — нетехнологичные и технологичные кон-
струкции
(0,2...0,3)*45
195
Рис. 8.9. Расположение технологических ук-
лонов в зависимости от направления разъе-
ма пресс-формы
жением наружных и вну-
тренних поверхностей рав-
ными радиусами 7? со
смещенным центром. Ра-
диус 7? должен быть боль-
ше половины толщины
стенки S. Для термореак-
тивных материалов мини-
мально допустимое зна-
чение радиуса закругле-
ния 0,5 мм, для термопла-
стических материалов с
повышенной вязкостью
типа полистирола или полиметилметакрилата допустимо 0,8 мм.
На наружных и внутренних боковых поверхностях стенок сле-
дует предусматривать технологические уклоны в направлении плос-
кости разъема (рис. 8.9), облегчающие удаление деталей из пресс-
формы. Величина уклона (табл. 8.2) влияет на размерную точность
элементов заготовки, лежащих в плоскости разъема или перпенди-
кулярных направлению перемещения подвижных частей пресс-
формы.
Оформление поверхностей. На боковых поверхностях пластмас-
совых деталей недопустимы поднутрения, препятствующие разъе-
му пресс-формы и извлечению изделия (рис. 8.10, а). Бобышки на
наружных боковых поверхностях (рис. 8.10, б) допустимы только
при дополнительном вертикальном разъеме, что Значительно ус-
ложняет конструкцию пресс-формы. Примеры устранения поднут-
рений и выступов показаны на рис. 8.10, в.
Опорные поверхности рекомендуется заменять опорными ' пло-
щадками, буртиками, выступами по периметру (рис. 8.11), что по-
вышает жесткость деталей, снижает их коробление и способствует
плотному прилеганию сопрягаемых поверхностей.
С целью облегчения удаления заусенца следует уменьшать чис-
8.2, Рекомендуемые уклоны для различных поверхностей пластмассовых заготовок
Заготовки
Поверхности сопрягаемые и тонкостенные прочие
Наружные
Внутренние
Отверстия глубиной до 1,5 d
Ребра жесткости, выступы, бобышки и про-
чее
15' 30'...Г
30' 1...2°
15' 30 '...45°
2°, 3°, 5°, 10°,
196
Рис. 8.10. Примеры ликвидации
внешнйх и внутренних поднутре-
ний:
а, б — нетехнологичные конструкции;
в — технологичные конструкции
Рис. 8.11. Оформление опорных
поверхностей нетехнологичных (а),
и технологичных (б) конструкций
ло плоскостей разъема и располагать линию образования заусенца
на участках простой конфигурации.
Отверстия. Размеры отверстий в пластмассовых заготовках на-
значают так же, как и для металлических изделий. При этом необ-
ходимо учитывать возможность появления напряжений вследствие
затрудненной усадки. Допустимая глубина отверстия зависит от ме-
тода изготовления деталей (табл. 8.3). Рекомендуемые минималь-
ные значения диаметра отверстия rfmtn при глубине h^2d: для по-
лиамидов— 0,5 мм; прочих термопластов — 0,8 мм; стекловолок-
нитов—1,0 мм; пресс-порошков—1,5 мм; текстолитов — 2,5 мм.
Резьба. Прессованием и литьем можно изготовить резьбовые
элементы деталей, не требующие последующей механической обра-
ботки. Не рекомендуется для пластмассовых деталей прямоуголь-
ные резьбы и резьбы с шагом менее 0,4 мм вследствие их недоста-
точной прочности. Минимально допустимый диаметр резьбы для
заготовок из термопластов и волокнистых пресс-материалов 2 мм,
а для деталей из пресс-порошков — 3 мм. Желательно, чтобы дли-
на резьбы не превышала двух ее диаметров.
197
8.3. Предельные отношения h/d в зависимости от метода изготовления заготовок
Диаметр отверстия d, мм Прямое прессование Литьевое прессование и литье под давлением
Отверстия
сквозные | глухие | | сквозные | глухие
До 3 2,5 1,2 5 2
Свыше 3 до 6 3 1,3 6 2,5
Свыше 6 до 10 4 1,4 8 3
Свыше 10 5 1,5 10 4
Примечание, h — глубина; d — диаметр отверстия.
Для упрочнения резьбы необ-
ходимо предусматривать цилинд-
рические пояски высотой h у за-
хода и hi у выхода витков (рис.
8.12).
В пластмассовых заготовках
с резьбами разных диаметров ре-
комендуется брать одинаковый
Рис. 8.12. Оформление резьб
шаг резьбы с целью упрощения конструкции пресс-формы.
Армирование пластмасс металлическими элементами значи-
тельно повышает область применения пластмассовых изделий.
Наиболее распространенная арматура: штифтовая (гладкие и
резьбовые шпильки, винты), втулочная (гладкие и резьбовые втул-
ки), плоская (лепестки, контакты) и проволочная (рис. 8.13, а).
Для предупреждения проворачивания или вырыва из изделия на
штифтовой арматуре делают накатку и кольцевые выточки (рис.
8.13,6,1,2), на плоской — отверстия или вырезы (рис. 8.13,6,6),
на проволочной — расплющивание или изгиб арматуры (рис. 8.13,
б, 3,4, 5).
Чтобы предупредить возникновение трещин, сечение металли-
ческой арматуры должно быть небольшим по сравнению с сечени-
ем пластмассы и располагаться симметрично относительно послед-
него. Арматура не должна находиться близко к краю или к по-
верхности заготовки во избежание появления вздутий пласт-
массы.
Надписи и рисунки на пластмассовых заготовках следует де-
лать выпуклыми, что упрощает изготовление пресс-формы. С целью
устранения выкрашивания высота шрифта или рисунка не должна
превышать 0,2 мм. Если требуется увеличить высоту шрифта, над-
пись утапливается ниже поверхности заготовки.
198
Рис. 8.13. Арматура и способы ее закрепления:
а — типы арматуры: 1 — штифтовая; 2 — втулочная; 3 — плоская; 4 — проволочная; б —
крепление арматуры: 1 — накатка и кольцевая выточка; 2 и 3 — фиксация штифтовой и про-
волочной арматуры через технологические отверстия; 4 и 5 — расплющивание и загибание
проволочной арматуры; 6 — крепление лепестков
8.4. ТОЧНОСТЬ, ШЕРОХОВАТОСТЬ И ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ
ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТМАСС
Точность размеров заготовок из пластмасс зависит от усадоч-
ной деформации и размерной стабильности материала. При оценке
точности размеров заготовок из пластмасс необходимо учитывать
дополнительно влияние технологических уклонов, которые могут
назначаться на поверхности заготовки, параллельные направле-
нию замыкания формы.
Точность для размеров элементов заготовок, оформляемых в
одной части формы, может находиться в пределах 7... 17 квалите-
тов. При этом наиболее высокая точность достигается у мелких за-
готовок (1...50 мм), изготовленных из материалов с минимальным
колебанием усадки (до 0,1 %) и нулевым технологическим уклоном.
Точность изготовления заготовок из различных материалов при-
ведена в табл. 8.4.
199
8.4. Точность изготовления заготовок из пластмасс
Вид мате- риала Марки материала по квалитетам точностй
8...10 I 10...11 1 И...13 12...14 i I 14...15 1 15...16
Реакто- пласты: порошко- образные волокнис- тые — — ОФП-6 ФКПМ Фаолит К-114-35 К-211-3 К-18-36 монолиты амино- пласт к-17-81 К-18-81 —
волокнистые — к-6 КФ-3 КФ-ЗН АГ-4, тексто- литовая крошка ТВФЭ-2 Волокнит К-41-5 КМК-9 КМК-218 —
Термо- пласты Сополиме- ры поли- стирола МС-2, МС-3, МСН, по- лидихлор- стирол АК-7 Сополимер полистирола СНП. Поли- амиды: 54, 68, 548, полиуре- тан ПУ-1 Полисти- рол блоч- ный, поли- винилхло- рид Полисти- рол эмуль- сионный, полипро- пилен Этро- лы УДТ, АБЦЭ
Примечания. 1. В таблице указаны достижимые квалитеты для- заготовок дета-
лей повышенной и нормальной точности.
2. Для заготовок неответственных деталей требования точности це-
лесообразно снижать до 14... 17 квалитетов.
Допуски и посадки на гладкие детали из пластмасс размерами
1...500 мм, сопрягаемые с металлическими или пластмассовыми де-
талями, регламентированы стандартами. При этом следует пом-
нить, что предельные отклонения и допуски установлены для дета*
лей, работающих при температуре 20 °C и относительной влажности
воздуха 65%. Пластмассы по сравнению с металлами отличают-
ся большей размерной чувствительностью. Поэтому эксплуатация
пластмассовых сопряжений в условиях значительных перепадов тем-
ператур нежелательна.
Шероховатость поверхности пластмассовых заготовок зависит
от качества обработки пресс-форм, вида наполнителя и технологи-
ческих режимов формования. Параметр шероховатости поверхности
заготовок, изготовляемых литьем под давлением и прессованием,
соответствует Ra=0,32...1,25 мкм, а в отдельных случаях достига-
ет 7?а=0,08...0,32 мкм. На шероховатость поверхности в значитель-
ной мере влияет износ оформляющих элементов пресс-формы.
При механической обработке качество поверхности пластмассо-
вых изделий ухудшается. Параметр шероховатости поверхностей,
200
обработанных режущим инструментом, обычно соответствуют Rz =
=40...20 мкм и определяется чертежом.
Если на рабочих поверхностях детали требуемую точность по-
лучить невозможно или экономически нецелесообразно, то на такие
поверхности должны быть оставлены припуски, которые зависят
от обрабатываемого материала, формы и размеров заготовки. Ори-
ентировочные границы значений припусков для различных мате-
риалов колеблются в пределах: при точении — 0,1...2,5, при фрезе-
ровании — 1...4, при шлифовании — 0,5...0,4 мм.
Контрольные вопросы
1. Перечислите достоинства, недостатки и область применения пластмасс.
2. Дайте характеристику реактопластов и термопластов. В чем их принципиальное
отличие?
3. Перечислите и охарактеризуйте способы изготовления заготовок из пласт-
масс.
4. Какие требования предъявляются к конструктивному оформлению поверхностей
стенок, радиусов закруглений, отверстий, резьб и чем обусловлены эти требова-
ния?
5. Назовите факторы, влияющие на размерную точность и шероховатость по-
верхностей заготовок из пластмасс.
6. В каких случаях и в каких пределах назначают припуски на механическую
обработку заготовок из пластмасс?
9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА
СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
9.1. МЕТОДЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СПОСОБОВ
ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
Если заготовка может быть получена несколькими способами,
возникает необходимость в проведении технико-экономического
анализа возможных вариантов, чтобы на его основе выбрать опти-
мальный. Выбор оптимального способа производства заготовок
осуществляют путем сопоставления технико-экономических пока-
зателей рассматриваемых технологических вариантов. Содержа-
ние, вид и количество таких показателей определяются конкретны-
ми условиями производства и целью экономических расчетов на
данном этапе. Задача состоит в том, чтобы определить, какой из
сравниваемых вариантов экономически более целесообразен. По-
этому сопоставление вариантов допустимо вести только по тем
показателям, значения которых в данном случае различны. Оценить
способы получения заготовки можно по одному (или несколькими
одновременно) из следующих показателей: трудоемкость изготов-
ления заготовок; коэффициент использования материала; себестои-
мость изготовления заготовки; затраты на основное оборудование,
201
технологическую оснастку, сварочные материалы, топливо и др. Три ’
первые (их определения см. в п. 2.5.2) применяются наиболее часто.
Трудоемкость характеризует затраты труда, необходимые для
изготовления заготовок. Однако определение трудоемкости на ста-
дии проектирования представляет определенные трудности, по-
сколы^у еще не разработана технология изготовления заготовки.
Поэтому общая трудоемкость определяется укрупненным расчетом
в нормочасах путем суммирования штучного времени, приходяще-
гося на отдельные операции, которые определяют методом прямого
расчета или нормативным методом по таблицам [9...12, 31].
Коэффициент использования материала является очень важ-
ным показателем, характеризующим материалоемкость как заго-
товки, так и изделия в целом. Он настолько ярко отражает степень
совершенства применяемой технологии и эффективность расходо-
вания металла, что его часто используют при определении эффек-
тивности использования сортового и листового проката, чугунного
и стального литья и т. п. Егб величина характеризует размеры
припусков и потерь у отливок и поковок и пр.
Чаще всего оценку вариантов производят, сравнивая себестои-
мости различных способов получения заготовки. При этом расчет
себестоимости должен учитывать затраты как в заготовительной
фазе производства, так и при последующей механической обработ-
ке. Только в случаях, когда себестоимость механической обработ-
ки не зависит от способа производства заготовки, допускается вес-
ти расчет только по затратам заготовительного производства.
9.2. ОЦЕНКА СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
ПО СЕБЕСТОИМОСТИ
9.2.1. Сравнение по технологической себестоимости
заготовки
Технологическая себестоимость заготовки охватывает затраты
по основной и дополнительной зарплате производственных рабочих,
содержанию и эксплуатации оборудования, эксплуатации приспо-
соблений, штампов, моделей, инструментов и т. п. Кроме того, в тех-
нологическую себестоимость входят расходы на зарплату ИТР, слу-
жащих, вспомогательных рабочих, эксплуатацию транспорта, ох-
рану труда, технику безопасности и другие подобные расходы,
относящиеся ко всей продукции цеха. Технологическая себестои-
мость заготовки представляет собой сумму себестоимостей по всем
операциям процесса.
Технологическая себестоимость оценивает все расходы, связан-
ные с технологическим процессом, осуществляемым при изготов-
лении заготовки в данном цехе. Поэтому она составляет лишь часть
202
цеховой себестоимости, в связи с этим сравнение вариантов по
технологической себестоимости возможно лишь тогда когда про-
изводство заготовок по сравниваемым вариантам осуществляется
в цехах одного типа (литейных, кузнечных или сварочных) и когда
материал заготовки остается одним и тем же.
Технологическая себестоимость заготовки может быть опреде-
лена уточненным или приближенным методами.
Уточненный метод базируется на расчете расходов по каждому
элементу технологической себестоимости операции, различающе-
муся по сопоставляемым вариантам. Его применяют в условиях мас-
сового или крупносерийного производства, когда требуется точный
анализ отдельных составляющих себестоимости.
Уточненная технологическая себеетоимость заготовки
Сз.т = Сз.п 4- Со'+ Сс.о4- ск + Са, (9.1)
где Сз.п основная и дополнительная заработная плата рабочих;
Со затраты на эксплуатацию, содержание и ремонт оборудова-
ния; Сс.о затраты на содержание и ремонт оснастки; Ск — затра-
ты на эксплуатацию и ремонт производственных зданий; Са — за-
триты ня амортизацию оборудования и оснастку
Порядок расчета элементов себестоимости, нормативные затра-
ты приведены в справочной литературе [2, 3, 28].
Интересно проанализировать формирование технологической се-
бестоимости заготовок при различных
способах их изготовления в зависимое-Ст,
ти от этапа технологического процесса.
На рис. 9.1 представлен характер на-
растания затрат при изготовлении ли---0
тых и штампованных заготовок на раз-
личных стадиях процесса, выраженный
в процентах к полному времени изго-
товления Т. Из рисунка следует, что
все способы литья (кривые 1...4) ха-
рактеризуются замедленным нараста-
нием затрат на начальных стадиях20
процесса, резким возрастанием в сред-
ней части и относительно пологим и
коротким его завершением. Резкое воз-
растание себестоимости связано с вво-
дом в производство трудоемких и до-
рогостоящих процессов сборки . и за-
ливки форм.
Для штамповки (кривые 5...7) ха-
рактерны большие начальные затраты,
связанные со значительными капита-
О
Рис. 9.1. Характер нарастания
затрат при изготовлении литых
и штампованных заготовок:
1 —литье в песчаные формы; 2—
литье по выплавляемым моделям;
3 — литье в оболочковые формы;
4 — литье под давлением; 5 —
штамповка на молотах; 6 — штам-
повка на ГКМ; 7 — штамповка на
КГШП
203
льными вложениями (стоимость оборудования, штампов, оснаст-
ки). Нарастание затрат по ходу технологического процесса про-
исходит затем постепенно, что свидетельствует о малом вложении
ручного труда при штамповке.
Переход кривых, отражающих процессы литья, от 1 к 4 свиде-
тельствует о сокращении времени начальных операций по мере со-
вершенствования технологии изготовления отливок. Переход кри-
вых от 5 до 7 также характеризует совершенствование технологи-
ческих процессов штамповки.
Уточненный метод расчета трудоемок; на первых стадиях про-
ектирования технологического процесса изготовления заготовок для
него не хватает исходных данных. Поэтому на практике чаще ис-
пользуют приближенный метод расчета технологической себестои-
мости. Он базируется на учете укрупненных затрат, приходящихся
на час работы оборудования и рабочих мест (нормативной себесто-
имости 1 машино-часа работы оборудования или рабочего места).
При этом технологическая себестоимость определяется по фор-
муле
Сз.т = 22 Сч(-^ШТр (9.2)
i=l
где Сч.— норматив производственных затрат, приходящихся на
1 час работы оборудования, занятого на i-й операции; Лпт^ норма
времени на ью операцию изготовления заготовки.k
Нормативы затрат по этим элементам технологической себе-
стоимости составлены для всех основных типоразмеров оборудова-
ния на основе статистических данных по выполнению наиболее ха-
рактерных для данного оборудования технологических операций
[3.28].
Приближенный метод значительно сокращает трудоемкость рас-
четов, т. к. исходные данные выбираются из таблиц. По сравнению
с уточненным методом он может дать погрешность до 20 % • Тем
не менее для большинства случаев предварительного сопоставле-
ния экономичности технологических вариантов такая точность яв-
ляется вполне достаточной.
9.2.2. Сравнение по цеховой себестоимости
заготовки
Технологическая себестоимость далеко не всегда является до-
статочной и надежной базой для сравнения технологических про-
цессов. Иногда необходимо сравнить технологические процессы
производства заготовок, требующие больших капитальных вложе-
ний (внедрение специальных методов литья, штамповки) или от-
204
личающиеся по способу изготовления заготовки (литье и ковка,
литье и сварка и т. п.). В таких случаях производят сопоставление
вариантов по цеховой себестоимости заготовки учитывающей так-
же затраты на материалы и первоначальных капитальных затрат.
При бухгалтерском методе расчета цеховая себестоимость равна
Сз.ц = См + С3.п'+ Сн, (9.3)
где См — затраты на материалы; С3.п — заработная плата ос-
новных и вспомогательных рабочих; Сн — сумма всех остальных
(накладных) расходов по цеху.
Величину накладных расходов Сн определяют в процентах г
от величины заработной платы С3.п:
С3.ц = См+Сз.п(1'+г/100). (9.4)
Величина z зависит от условий производства и колеблется в пре-
делах 150...800 %. Из-за значительной неопределенности наклад-
ных расходов и отсутствия возможности на этапе проектирования
их проанализировать этот метод может применяться только в от-
дельных случаях при приближенном определении себестоимости
сравнительно однородной продукции.
Более точно цеховая себестоимость производства заготовок С3.ц
может быть определена как сумма технологической себестоимости
Сз.т, затрат на материалы См и общецеховых расходов Соц,3.:
Сз.ц = Сз.т 4“ См “Ь Соц.З- (9-5)
Затраты на материалы определяют как
См == С{М — Цотх-Мотх, (9-6)
где Ci—стоимость 1 кг материала; М — общая масса материа-
ла, расходуемого на одну заготовку; ЦоТХ — цена 1 кг реализуемых
отходов; Мот* — масса реализуемых . отходов. Ci определяют по
прейскурантам [15-20, 22-24], а Цтох — по прейскурантам [14, 21].
Величину общецеховых расходов С0Ц.3 находят по стоимости рабо-
ты оборудования (рабочего места) за 1 час в справочниках [28].
9.2.3. Сравнение по себестоимости детали
Себестоимость детали дает более полную картину взаимосвя-
занных затрат на производство заготовки и ее последующей меха-
нической обработки.
Технологическая себестоимость механической обработки заго-
товки определяется по нормативам производственных затрат, при-
ходящихся на 1 час работы металлорежущего оборудования анало-
гично соответствующей методике определения технологической се-
бестоимости заготовки (см. формулу 9.2). Как и для заготовок,
205
нормы затрат при обработке на тех или. иных металлорежущих стан-
ках берут из справочников [3,28].
Второй, укрупненный метод определения себестоимости меха-
нической обработки сводится к определению затрат на прев-
ращение в стружку припуска на механическую обработку данной
заготовки
См.т — Сстр(А1з — М д), (9.7)
где Сстр — затраты на механическую обработку, отнесенные к
1 кг стружки; М3 — масса заготовки; (Ид —масса готовой детали.
Затраты на механическую обработку при снятии 1 т стружки при-
ведены в табл. 9.1. Одновременно затраты на механическую обра-
ботку позволяют оценить возможности интенсификации механичес-
кой обработки или снижения ее объема. Анализ данных, приведен-
ных в табл. 9. 1, показывает, что в отраслях промышленности с
высоким удельным весом автоматизированных и специальных стан-
ков издержки на 1 т превращаемого в стружку металла в 3,5 ра-
за меньше, чем в среднем по машиностроению. Применение про-
грессивных методов малоотходной технологии в заготовительном
производстве и высокопроизводительных способов механической
обработки (станки с ЧПУ, РТК, автоматические линии и т. п.) поз-
воляет снизить себестоимость детали в целом.
Исходя из изложенного выше, в общем виде технологическая
себестоимость детали определяется как сумма технологических се-
бестоимостей заготовки (см. п. 9.2.1) и механической обработки
Сд.т = Сз.т -ф- См.т- (9.8)
В тех случаях, когда вид механической обработки, тип и коли-
чество оборудования, оснастки практически не зависят от спосо-
ба производства заготовок, то есть когда при любом варианте про-
изводства заготовок их последующая механическая обработка
отличается только объемом срезаемого металла, технологическая
себестоимость детали может быть определена по приближенной
зависимости
Сд.т = Мд(Цз “ Сстр(1 - Ки.м))/Ки;м, (9.9)
9.1. Затраты на механическую обработку, отнесенные к 1 т стружки
Затраты на 1 т стружки, р
Отрасль машиностроения j ’ ‘
Текущие [ Капитальные
По машиностроению в целом 495 1085
Тяжелое, энергетическое и транспортное 468 1039
Станкостроение и инструментальная промышленность 356 1035
Автомобильное и сельскохозяйственное машиностроение 188 566
Машиностроение для легкой и пищевой промышленности *563 1000
По прочим отраслям машиностроения 1060 2213
206
где Цз — оптовая цена единицы массы заготовки; /Си.м— коэффи-
циент использования материала для данной заготовки.
Цеховая себестоимость детали может быть определена по та-
кой формуле:
Сд.Ц = См + Сз.т’+ См.т + Соц.з + Соц.м, (9.10)
где Соц.м — общецеховые расходы в механических цехах.
9.3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СЕБЕСТОИМОСТИ ЗАГОТОВОК
9.3.1. Себестоимость литых заготовок
При сопоставительном расчете пользуются технологической се-
бестоимостью, т. к. в этом случае учитываются лишь те приведен-
ные затраты, которыми отличаются сравниваемые варианты заго-
товок. Себестоимость литой заготовки можно определить как сум-
му расходов на материал, эксплуатацию литейного оборудования,
заработную плату основных рабочих и амортизационные отчисле-
ния на эксплуатацию оснастки
Сз.л= (GAI +/шт.(3ч:р’+Сч)/60)Пг +/ССосн, (9.11)
где /шт.— норма штучно-калькуляционного времени, мин; Зч.р —
часовая зарплата рабочего, р./ч; Сч — себестоимость машино-
часа работы литейного оборудования; р./ч; Пг — годовая про-
грамма, шт./год; К — коэффициент амортизации и эксплуатации
оснастки (обычно Л=0,58...1,2); Сосн — первоначальная стоимость
оснастки, р.
Наиболее сложным в данном случае является определение се-
бестоимости машино-часа работы литейного оборудования. В за-
водских условиях она определяется (раз в 2...3 года), основываясь
на собственных заводских данных. При отсутствии таких данных
можно воспользоваться среднестатистическими нормативами, при-
водимыми в справочной литературе [3, 28].
Если заготовки получены литьем в песчаные формы, то расхо-
ды на формовочные и стержневые материалы для разных вариан-
тов технологических процессов отличаются между собой очень ма-
ло. Ими можно пренебречь, как и небольшими расходами на ос-
настку (опоки, формовочный инструмент). Тогда в расчеты будет
входить только стоимость материала и зарплата производственных
рабочих.
Если производство заготовок связано с работой сложного обо-
рудования (формовочные машины, машины для литья под давле-
нием и т. п.), затраты на работу оборудования и оснастку стано-
вятся определяющими при формировании себестоимости литой
заготовки. Опыт показывает, что себестоимость заготовки, получен-
207
ной специальными методами литья, всегда заметно выше, чем при
литье в песчаные формы. Поэтому перед окончательным выбором
оптимального варианта технологического процесса необходимо оп-
ределить себестоимость последующей механической обработки (см.
и. 9.2.3) й произвести выбор по себестоимости детали в целом.
9.3.2. Себестоимость кованых и штампованных
заготовок
Расчетная формула себестоимости кованой (штампованной) за-
готовки имеет вид
Сз.к = (CtM + РТ.ЭСТ.Э + /шт(Зчр + Сч)/60)Пг + КСоси, (9.12)
где Рт.а — норма расхода технологического топлива или энер-
гии на одну заготовку; Ст.д — стоимость 1 кг технологического топ-
лива или 1 кВт-ч электроэнергии.
Структура себестоимости и содержание компонентов аналогич-
ны соответствующим компонентам себестоимости литой заготовки,
и определяются таким же образом (см. и. 9.3.1).
Отличия в определении себестоимости кованой и штампованной
заготовок состоят в следующем. При штамповке расход металла и
технологического топлива значительно меньше, чем при ковке. Рас-
ходы на зарплату производственных рабочих (из-за меньшей тру-
доемкости), а также расходы, связанные с работой оборудования
(даже при работе на идентичном оборудовании), при штамповке
тоже ниже, чем при ковке. Однако расходы на технологическую
оснастку при штамповке колеблются в широких пределах и оказы-
вают существенное влияние на себестоимость заготовки, особенно
при небольшом объеме производственной партии.
Затраты на технологическое топливо (энергию) определяют лишь
тогда, когда сравнивают варианты получения заготовок, для ко-
торых применяются разные способы нагрева, резко отличающиеся
друг от друга по издержкам производства. В остальных случаях
включать их в расчет себестоимости сравниваемых вариантов за-
готовок нет необходимости.
9.3.3. Себестоимость сварных заготовок
Себестоимость сварных заготовок складывается из себестои-
мости исходных заготовок, подготовленных к сварке, себестоимости
процесса сварки и последующей механической и термической об-
работки.
Расчетная формула себестоимости процесса сварки
ссв = ((Эт + Ээ + Ф) + /шт (Зч.р + Сч) /60) Пг +
“И Зп. з ,_Ь ^СС*осн, (9.13)
208
где Эт — затраты на технологическую энергию при сварке;
Ээ — затраты на электроды или электродную проволоку; Ф — зат-
раты на флюс или защитный газ; Зп.з — годовые расходы по опла-
те подготовительно-заключительного времени.
Структура расходов при различных способах сварки отличает-
ся большим разнообразием, поэтому, как правило, расчет ведется
лишь по отдельным статьям, занимающим большой удельный вес
в общей сумме расходов и значительно меняющихся при переходе
от одного варианта к другому.
Удельный вес затрат на сварочные и вспомогательные материа-
лы очень высок при ручной, автоматической (особенно аргонно-
дуговой) и электрошлаковой сварках, а при точечной и шовной
сварке ничтожен. Доля зарплаты производственных рабочих в боль-
шинстве случаев колеблется в пределах 20...30 % от общей себе-
стоимости сварки и снижается при автоматизированных способах
дугой сварки и при контактной сварке.
Расходы на электроэнергию обычно невелики, но при контакт-
ных способах сварки (особенно при стыковой) достигают 41...44 %.
Доля расходов на амортизацию и ремонт также велика при контакт-
ной сварке; при других способах она редко поднимается до 9...12 %.
Трудоемкость сварки потолочных швов примерно в 1,5 раза
больше, чем нижних. При этом больше расходы на электроды, амор-
тизацию и ремонт оборудования, электроэнергию. Поэтому всегда
нужно стремиться перевести сварку в нижнее положение. Если для
этого требуется внедрение манипуляторов (кантователей), то за-
метно увеличиваются расходы на работу сварочного оборудования
Сч. Поэтому нужно тщательно сопоставить их с уменьшением дру-
гих компонентов себестоимости (Эт, Ээ, Ф, /шт).
Расходы по оплате подготовительно-заключительного времени
Зп.з учитываются только при электродуговой однопроходной свар-
ке (ручной, полуавтоматической, автоматической) в условиях еди-
ничного и мелкосерийного производства и при электрошлаковой
сварке
Зп.з ~~ лНп.-зЗч;р, (9.14)
где п — число партий свариваемых заготовок в год; Нп.-3 — нор-
ма подготовительно-заключительного времени на одну партию.
При расчете годовых расходов на технологическую оснастку
коэффициент амортизации К принимается равным 0,4. Остальные
данные, необходимые для расчета себестоимости сварки даны в
справочниках [3, 28, 34] и в специальной литературе по сварке.
209
9.3.4. Упрощенный расчет себестоимости заготовок
и готовых деталей
Упрощенный расчет себестоимости заготовки (детали) приме-
няют, когда необходимо приближенно и достаточно быстро оценить
различные варианты технологии изготовления заготовки без ана-
лиза элементов себестоимости. Сравнениё в этом случае следует
производить с учетом себестоимости приведенных затрат как за-
готовки, так и последующей механической обработки.
Вначале устанавливают материал заготовки, ее тип (отливка,
поковка, фасонный прокат, труба и т. п.), разрабатывают чертеж
заготовки и определяют ее массу М3. Если заготовкой является про-
волока, прокат, труба и т. п., то в зависимости от материала, фор-
мы поперечного сечения, его размеров и точности определяют оп-
товую цену единицы массы заготовки Ц3 по прейскурантам [15—
19, 22—24]. Себестоимость заготовки в этом случае определяется
как
С3 = Ц3Мз. (9.15)
Если заготовкой является отливка или поковка, то в зависи-
мости от материала, массы и группы сложности по прейскуранту
№ 25—01 [26] определяют базовую оптовую цену данного типа
заготовок, отнесенную к единице массы. Затем в зависимости от
типа производства и группы серийности определяют доплату к ба-
зовой цене (в процентах) и фактическую оптовую цену заготовки
Цз, с помощью которой вычисляют себестоимость спроектирован-
ной заготовки С3 по формуле (9.15).
Аналогично вычисляют себестоимость заготовки, если в сравни-
ваемые варианты входят заготовки из пластических масс (прей-
скурант № 05—03 [25]) или из металлических порошков (прейску-
рант № 25—02 [27]).
Для расчета себестоимости механическай обработки См.т по
чертежу готовой детали определяют ее массу Мл. Расчет себесто-
имости ведут по формуле (9.7) (см. п. 9.2.3). При этом затраты
на механическую обработку СОтР берут из табл. 9.1 в соответствии
с отраслью машиностроения, для которой проектируется технологи-
ческий процесс. Окончательное сравнение вариантов технологи-
ческих процессов производят по себестоимости деталей (формула
(9.8)).
9.4. ПРИМЕР ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
СПРОЕКТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК
В пп. 4.3.6, 5.4.5 и 6.3.2 приведены примеры проектирования ли-
той, штампованной и сварной заготовок для детали, представленной
на рис. 4.11. Технико-экономический анализ заготовок проводим по
210
себестоимости деталей, изготовленных из различных заготовок, и ко-
эффициенту использования металла. Себестоимость детали оцени-
ваем по методике упрощенного расчета себестоимости (п. 9.3.4).
Для литой заготовки по прейскуранту №25—01 [26] по массе
13,8 кг и группе сложности II определяем базовую цену Ц'3=
= 320 р./т. С учетом доплаты за серийность (+6 %) фактическая
оптовая цена отливки составляет Д3=339 р./т. Затраты на механи-
ческую обработку Сстрпотабл. 9.1 принимаем округленно 500 р./т.
Объединяя формулы (9.15) и (9.7) в формуле (9.8), получим се-
бестоимость детали, изготовленной из литой заготовки:
Сд = 0,339-13,8 + 0,5(13,8— 10,1) =6,53 р.
Для штампованной заготовки по прейскуранту № 25—01 по мас-
се 12,8 кг и группе сложности СЗ определяем оптовую цену поков-
ки Ц3=359 р./т. Доплата за серийность в данном случае равна 0.
Аналогично предыдущему определяем себестоимость детали, из-
готовленной из штампованной заготовки:
С“= 0,359-12,8 + 0,5(12,8— 10,1) =5,94 р.
Для сварной заготовки определяем себестоимость свариваемых
частей и приведенные затраты сварочных работ. Оптовая цена
штампованной части заготовки при массе 8,54 кг и группе серийно-
сти С2 составляет Цтр = 335 р./т. Следовательно, ее стоимость
С“-4 = 0,335-8,54 = 2,86 р.
Оптовая цена на трубу 70X18 из стали 40Х по прейскуранту
№ 01—13 [17] составляет Цтр = 5,5 р./м, т. е. себестоимость труб-
ной части заготовки Стр = 5,5• 0,148 = 0,81 р. Приведенные за-
траты сварочных работ Ссв = 0,23 р. определяем по формуле
(9.13); нормативные затраты и коэффициенты берем в справочни-
ках [3, 28, 34]. Следовательно, себестоимость сварной заготовки
составляет Ссв = 2,86 + 0,81 + 0,23 = 3,9 р.
С учетом общей массы сварной заготовки 12,4 кг определяем
себестоимость детали, изготовленной из сварной заготовки:
= з,9+ о,5 (12,4—10,1) =5,05 р.
Коэффициенты использования металла соответственно равны:
Ки.м = 10,1/13,8 = 0,73;
Кишм= 10,1/12,8 = 0,79;
Кивм= 10,1/12,4 = 0,81.
211
На основании полученных данных делаем вывод: в заданных
условиях производства для изготовления детали наиболее выгодна
сварная заготовка.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит технико-экономическое обоснование выбора способа производ-
ства заготовок?
2. Какие показатели используются для технико-экономической оценки сравнивае-
мых вариантов технологических процессов?
3. Что такое технологическая себестоимость и из каких элементов она состоит?
4. Что называется цеховой себестоимостью и из каких элементов она состоит?
5. Чем отличается цеховая себестоимость от технологической?
6. В каких случаях оценка сравниваемых вариантов заготовок производится по
технологической (цеховой) себестоимости?
7. .В каких случаях используется упрощенный метод расчета себестоимости и в
чем он состоит?
10. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
10.1. ПОВЫШЕНИЕ СЕРИЙНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
Наиболее существенное влияние на снижение себестоимости
выпускаемых заготовок и деталей оказывает их количество, подле-
жащее изготовлению в единицу времени (смену, месяц, год) и
продолжительность выпуска изделий по неизменным чертежам. Ко-
личество заготовок (деталей), изготовляемых в единицу времени,
определяется потребностью народного хозяйства в тех или иных
машинах. Длительность времени выпуска заготовок по неизменным
чертежам зависит от морального износа машины, в которую входят
соответствующие детали.
Чем лучше в конструкции машины отражены современные дости-
жения, тенденции и перспективы развития науки и техники, тем
выше ее технико-экономические показатели, тем при прочих рав-
ных условиях меньше будет ее моральный износ, тем дольше во
времени, а следовательно и в большем количестве, такая машина
будет изготовляться без изменения. С. ^увеличением количества
выпускаемых машин меняется структура ее себестоимости вследст-
вие уменьшения доли затрат живого труда и увеличения доли зат-
рат труда овеществленного при одновременном снижении их суммы.
Объясняется это тем, что с увеличением количества машин (а зна-
чит и заготовок), подлежащих изготовлению, возрастает воз-
можность использования более дорогого, но и более производите-
льного оборудования, инструмента и другой технологической ос-
настки, способствующей сокращению трудоемкости их изготовле-
ния. Из графика (рис. 10.1) видно, как с увеличением количества
212
машин сокращается доля первоначаль-
ных затрат, приходящаяся на одну вы-
пускаемую машину.
Из изложенного выше следует, что
одним из основных мероприятий, спо-
собствующих снижению себестоимости
заготовок является увеличение объема
их производства. Средствами для это-
го служат: широкая унификация де-
талей и их заготовок на основе конст-
руктивной преемственности, т. е. ис-
пользование в различных машинах од-
них и тех же сборочных единиц и де- -
талей; специализация заводов и цехов
на выпуске ограниченной номенклату-
ры машин, их сборочных единиц и за-
С на оборудование и техноло-
гическую оснастку от выпус-
ка т
ГОТОВОК.
10.2. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Современное машиностроение характеризуется большим много-
образием изготовляемых заготовок. При этом существуют большие
группы заготовок, близких по форме, размерам, требованиям точ-
ности, виду и свойствам конструктивных материалов и другим ха-
рактеристикам. Для таких групп может быть применен один (или
несколько) технологических процессов их производства, при кото-
рых обеспечивается минимальная себестоимость продукции и наи-
высшая производительность при соблюдении требуемого качества.
Однако очень часто заготовки, близкие по форме, размерам и
другим требованиям, изготавливаются на различном оборудова-
нии, различными технологическими методами. Даже если обработ-
ка и ведется по оптимальной технологии, то на ее разработку каж-
дый раз затрачивается много времени и средств.
С целью повышения эффективности производства применяется
типизация технологических процессов. Типизацией технологичес-
ких процессов называется такое направление в деле изучения и по-
строения технологии, которое заключается в классификации заго-
товок и их элементов и затем в комплексном решении всех задач,
возникающих при осуществлении процессов каждой классифика-
ционной группы.
На первом этапе типизации технологических процессов про-
изводится распределение заготовок по соответствующим классифи-
кационным группам. В каждой группе выбирается типовой пред-
ставитель, т. е. заготовка, имеющая план операций, осуществля-
емых на однородном оборудовании с применением однотипных
213
приспособлений и инструментов. Основными признаками для клас-
сификации заготовок являются их конструктивное подобие, диапа-
зон размеров основных формообразующих поверхностей, близость
химического состава и физико-механических свойств материала.
На втором этапе типизации осуществляется разработка прин-
ципиально общего технологического процесса для каждого типа
заготовки с установлением оптимальной последовательности и со-
держания операций, применяемого оборудования и оснастки.
Типизацией технологических процессов обеспечиваются сле-
дующие преимущества: 1) сокращается цикл и трудоемкость техно-
логической подготовки производства, а также количество техноло-
гической документации; 2) создаются условия для систематизации
и обобщения производственного опыта предприятия, для широкого
применения в условиях серийного производства наиболее передовых
и совершенных технологических процессов; 3) создаются условия
для применения специального (специализированного) оборудова-
ния, оснастки, создания поточных и автоматизированных линий; 4)
создаются условия для кооперирования производства и специали-
зации отдельных цехов и заводов на изготовлении однотипных за-
готовок; 5) улучшается степень загрузки оборудования, оснастки
и других производственных мощностей.
103. ГРУППОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК
В единичном и серийном производстве на каждом рабочем мес-
те выполняется несколько операций. При переходе от одной опе-
рации к другой возникают простои оборудования, связанные с их пе-
реналадкой. Сократить их или исключить вовсе позволяет приме-
нение групповых технологических процессов.
Использование группового метода позволяет снизить стоимость
специального оборудования и оснастки за счет применения груп-
повых блоков, стандартизованной литейной оснастки и прогрес-
сивных форм организации самих цехов или участков.
Организация группового производства заготовок включает сле-
дующие этапы: 1) унификация элементов, габаритных размеров за-
готовок, отверстий, уступов, материалов; 2) разработка классифи-
каторов кованых, штампованных, литых и сварных заготовок; 3)
разработка комплексных заготовок и групповых технологических
процессов для них; 4) выбор, проектирование и изготовление спе-
циализированной технологической оснастки; 5) выбор необходимого
оборудования; 6) решение задач по механизации и автоматизации
технологического процесса; 7) планирование группового производ-
ства.
Технологическая задача в общем виде состоит в том, чтобы для
детали данной конфигурации найти оптимальный по установлен-
214
ным критериям (например, себестоимость, материалоемкость) тех-
нологический процесс изготовления заготовки, вид исходного ма-
териала, формообразующий инструмент, оборудование, технологи-
ческие режимы с целью получения заготовки требуемого качества.
Выбор системы классификации заготовок должен проводиться
с учетом главных признаков, влияющих не только на качество из-
готовления, но и на их себестоимость. Основными признаками, оп-
ределяющими отнесение заготовки к той или иной группе, являются
габаритные размеры, масса, материал и т. п., а также данные о
технологической оснастке и оборудовании. Для специальных мето-
дов литья (например, литья под давлением) к основным признакам
относят также наличие боковых полостей и отверстий, положение
отливки в форме, характер извлечения отливки из формы и др.
На основе конструктивно-технологической общности отдельных
групп отливок разрабатывается стандартизованная модельно-опоч-
ная оснастка (модельные плиты, опоки,-стержневые ящики и т. п.).
Использование такой оснастки приводит к тому, что при освоении
нового изделия необходимо изготовить только ее формообразую-
щие части. Стандартную оснастку удается применять и для изго-
товления крупных отливок, выпускаемых мелкими партиями. Фор-
мы в данном случае образуются путем сборки стержней.
При использовании литья под давлением в качестве пресс-форм
применяют групповые блоки. В основу их конструкции положен
принцип сменности формовкладышей, оформляющих конфигура-
цию детали. При этом переналадку блока стремятся производить
непосредственно на литейной машине с минимальной затратой вре-
мени на замену формовкладышей. В зависимости от габаритных
размеров отливок, скомплектованных в группы, блоки могут быть
изготовлены одинаковой конструкции, но различными по габари-
там.
Групповая технология в мелкосерийном производстве позволя-
ет заменить ковку штамповкой в штампах со сменными рабочими
вкладышами. При этом за основную (номенклатурную) единицу для
разработки групповой технологии применяется не конкретная, а
комплексная поковка, обладающая всеми конструктивными эле-
ментами группы.
Главными предпосылками успешного внедрения групповой тех-
нологии штамповки являются максимально возможная степень уни-
фикации поковок, что позволяет увеличить размер партии, и обоб-
щение передового опыта по разработке и применению групповых
технологических процессов. Группирование заготовок ведется та-
ким образом, чтобы в пределах каждой группы применялось одно
и то же оборудование и технологическая оснастка.
Наибольший экономический эффект групповой технологии до-
стигается в единичном и мелкосерийном производствах. Групповая
215
технология позволяет также внедрить в мелкосерийное и серийное
производство изготовление заготовок из пластмасс и порошковых
материалов. Сущность группового метода в этом случае состоит в
том, что взамен индивидуальных шресс-форм используются группо-
вые блоки со сменными элементами (вставками). Остальные час-
ти пресс-формы (опорные плиты, направляющие колонки и т. п.)
остаются постоянными при изготовлении многих заготовок.
Групповая технология производства заготовок имеет следую-
щие преимущества по сравнению с методом индивидуального про-
ектирования и изготовления: 1) резко сокращаются себестоимость
проектирования и изготовления технологической оснастки и срок
подготовки производства; 2) для проектирования и изготовления
технологической оснастки требуются работники более низкой ква-
лификации; 3) уменьшается расход металла на изготовление тех-
нологической оснастки; 4) повышается производительность труда
за счет замены съемных пресс-форм и штампов стационарными;
5) создаются предпосылки для разработки и внедрения гибких про-
изводственных систем при изготовлении заготовок.
10.4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭКОНОМИИ МАТЕРИАЛОВ
В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Одной из самых острых технологических проблем современности
является создание безотходных и малоотходных технологий, т. е.
повсеместная экономия черных и цветных металлов. 1 % экономии
проката черных металлов в станкостроительной и инструменталь-
ной промышленности сохраняет такое его количество, которого до-
статочно для изготовления 10 тыс. токарно-револьверных станков.
Сбережение всего лишь 1 % проката в тракторном и сельскохозяй-
ственном машиностроении позволяет дополнительно выпустить
8,5 тыс. тракторов или 8,3 тыс. комбайнов. Замена прокатом мил-
лиона тонн литья в целом по стране обеспечивает около 375 млн р.
экономии.
Экономический эффект от снижения отходов в машиностроении
проявляется не только в лучшем использовании металла, но и в
уменьшении затрат на механическую обработку. Расходы на сня-
тие 1 т стружки составляют в среднем 400...600 р. (с учетом зара-
ботной платы, электроэнергии, амортизации оборудования и др.).
Приведенные цифры наглядно свидетельствуют, сколь значима
для нашей страны проблема экономии материалов, и в частности
черных и цветных металлов. Эта проблема во многом решается в
сфере заготовительного производства, так как создавая чертеж за-
готовки, конструктор закладывает в нее потери материала в виде
припусков, напусков и других технологических отходов.
Основные направления экономии металла при производстве
216
заготовок можно разделить на две группы: конструкторские и тех-
нологические.
К конструкторским направлениям относятся: рационализация
форм сечений проката, отливок и поковок; создание предварительно
напряженных и армированных конструкций; назначение рациона-
льных марок материалов и применение термических и химико-тер-
мических методов обработки; замена металлов неметаллическими
и композиционными материалами.
В качестве примера в табл. 10.1 показано, как форма попереч-
ного сечения влияет на прочность и стоимость проката при одина-
ковой площади поперечного сечения и массе. Уменьшение попереч-
ного сечения за счет применения более рациональной формы про-
ката дает большую экономию металла. В связи с этим необходимо
шире использовать специальные профили (в том числе прямоуголь-
ные и овальные трубы, гнутые профили и др.).
Применение материалов повышенной прочности снижает массу
конструкции. При оценке прочностных характеристик материала
необходимо учитывать возможное изменение его свойств в процес-
се изготовления заготовки, механической обработки и эксплуата-
ции (наклеп, поверхностные трещины, структурные изменения
и т. п.). В случае выбора материала — заменителя, обеспечиваю-
щего снижение массы детали, экономическим ориентиром может
служить
[<Т1]/[а2] > (10.1)
где [<Т1], [02] — допускаемые напряжения для сравниваемых
материалов; Ci, С2 — оптовые цены сравниваемых материалов.
Снижение массы может быть достигнуто также путем измене-
ния сечений детали по длине, если известны нагрузки, действую-
щие в каждом сечении. При этом стремятся удалить металл с не-
рабочих участков детали, например, за счет уменьшения напусков,
технологических уклонов в конструкции заготовок или применения
штампо-сварных заготовок из листового материала вместо литых.
К технологическим направлениям относятся: внедрение анали-
тического метода расчета припусков на обработку; применение про-
грессивных способов получения заготовок; применение прогрессив-
ных схем раскроя материалов; применение малоотходных способов
резки; рационализация литниковых и облойных систем; оптимиза-
ция температурных режимов при получении заготовок; применение
методов упрочняющей технологии; применение бездефектных
транспортных и погрузочно-разгрузочных средств, исключающих
повреждение заготовок, создание надлежащих условий хранения
металла и заготовок; повышение качества входного и межопера-
ционного контроля качества получаемых и обрабатываемых заго-
товок.
8 437
217
10.1. Соотношение допускаемых изгибающих и крутящих моментов для различ-
ных сечений профилей проката и относительной стоимости металла по оптовым
ценам
Поперечное сечение По допускаемым напряжениям По сто- имо- сти
при изгибе при кручении
Форма Пло- щадь, см> по на- пряже- нию по про- гибу по на- пряже- нию по про- гибу
Прямоугольное h!b=4
29 1 1 1 1 1
h/b=4
Круглое, полое, толщина стенки 10 мм
28,3 1,2 1,15 4,3 8,8 1,1
Прямоугольное, полое, толщина стен-
ки 10 мм
29,5 1,4 1,6 3,85 3,2 0,9
Двутавровое h!b = \t толщина полки
10 мм 29,5 1,8
1 4,5 1,9 0,6
Примечание. Масса 1 м проката для всех сечений принята 22 кг.
218
10.5. ПУТИ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАТРАТ НА ЛИТЕЙНУЮ
И ШТАМПОВУЮ ОСНАСТКУ
При определении производительности получения заготовок по те-
хнологическим возможностям используемого оборудования, тре-
буемое качество зависит от применяемой оснастки, её количества,
сложности и качества, находящихся в прямой зависимости от се-
рийности производства. В единичном производстве при изготовле-
нии десяти колосников применение кокиля экономически нецеле-
сообразно, так как его стоимость (600 р.) будет разложена на 10
изделий, в результате чего в структуре себестоимости каждого ко-
лосника появится примерно 60 р. дополнительных затрат. Если
производство колосников массовое (600 тыс. шт. в год), то на долю
одного колосника будет приходиться всего 0,1. к. стоимости коки-
ля. В этом случае экономическая эффективность применения ко-
киля вне всякого сомнения. Более того, при такой программе вы-
пуска даже изготовление специальной полуавтоматической маши-
ны для получения колосников (стоимость 6 тыс. р.) экономически
оправдывает себя. Именно такие специальные машины применяют
на предприятиях, выпускающих колосники для печей обжига аг-
ломерата.
Стоимость изготовления оснастки при получении любых типов
заготовок при разном типе производства всегда оказывает влияние
на себестоимость выпускаемой продукции, поэтому как конструк-
торам, так и технологам машиностроительного производства не-
обходимо знать основные пути уменьшения затрат на литейную и
штамповую оснастку. К таким путям прежде всего необходимо от-
нести следующие:
1. Создание простой в изготовлении, но достаточно надежной
в эксплуатации оснастки. Чем сложнее оснастка, тем выше ее стои-
мость и тем выше себестоимость основного производства. Однако
упрощение конструкции оснастки не должно идти в ущерб произ-
водительности и качеству получаемых заготовок.
2. Применение при изготовлении штампов, кокилей, пуансонов
и матриц специальных легированных сталей, отличающихся вы-
сокой механической прочностью и теплостойкостью.
3. Применение при изготовлении оснастки наиболее рациональ-
ных конструкционных материалов и наиболее прогрессивных ме-
тодов получения заготовок при минимальной себестоимости. Это
направление не должно идти в ущерб надежности и долговечности
оснастки. Оснастка должна наивыгоднейшим образом (при мини-
мальном количестве ремонтов) обеспечивать выпуск основной про-
дукции. Особенно эффективным при производстве штампов горя-
чей штамповки является применение заготовок кубиков штампов,
получаемых методом электрошлакового литья.
8
219
4. Унификация деталей и отдельных сборочных единиц техно-
логической оснастки. При изготовлении штампов и форм необхо-
димо максимально использовать стандартные кубики и блоки, а
также унифицированные детали: плиты, направляющие колонки,
втулки, штыри, пальцы, хвостовики и другие детали. Наиболее ши-
роко применяют стандартные и унифицированные детали при изго-
товлении штампов холодной штамповки (до 90 % деталей). Необ-
ходимо всячески стремиться к увеличению коэффициента исполь-
зования стандартных и унифицированных деталей, технология
изготовления которых уже отработана на предприятии.
5. Применение наиболее прогрессивных способов механической
обработки деталей оснастки. Это особенно относится к деталям
сложным, а также изготовляемым из труднообрабатываемых ма-
териалов. Особую актуальность здесь приобретают электрофизи-
ческие и электрохимические методы обработки, применяемые при
изготовлении сложнейших внутренних полостей штампов горячей и
холодной объемной штамповки, которые на некоторых предприя-
тиях все еще обрабатываются по разметке методом фрезерования
специальными фрезами.
6. Повсеместное внедрение в машиностроительную практику
САПР оснастки и САПР ТП изготовления оснастки. Последние по-
зволяют сократить расходы на проектирование оснастки, улуч-
шают качество документации, сокращают цикл подготовки произ-
водства, уменьшают себестоимость не только вспомогательного, но
и основного производства.
10.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
С ПОМОЩЬЮ ЭВМ
Применение ЭВМ на стадии подготовки производства — одна
из актуальных задач современного машиностроительного производ-
ства. С помощью ЭВМ в настоящее время решается большое ко-
личество задач: выбор вида заготовки, способа ее изготовления;
расчеты припусков на обработку, оптимального состава шихты для
отливок, температурного поля при проектировании технологии из-
готовления отливок и поковок маршрутных технологических про-
цессов изготовления отливок и поковок и их оптимизация; проек-
тирование литых и штампованных заготовок; рациональный рас-
крой ленты, рулона и листа при холодной штамповке; расчет
себестоимости заготовки и др.
Рассмотрим применение ЭВМ для проектирования технологи-
ческих процессов изготовления заготовок и для оформления доку-
ментации на примере кузнечно-прессового производства. Задача
автоматизации технологического проектирования (АТП) сводится
220
к моделированию на ЭВМ деятель-
ности инженера-технолога при раз-
работке технологического процесса,
т. е. к алгоритмизации задачи. Боль-
шое значение при АТП придается
кодированию информации, осущест-
вляемому по соответствующим клас-
сификаторам. Количественная ин-
формация о детали (рис. 10.2) за-
писывается в естественном десятич-
ном виде. В первую ячейку опера-
тивной памяти ЭВМ записывается
номер чертежа детали. Полная кон-
структивная и технологическая ха-
рактеристика детали занимает 6 яче-
ек (табл. 10.2). В последующей
ячейке записывается информация о
количестве деталей в партии. Далее
следует описание поверхностей. От-
дельной ячейкой представляется код
поверхности. Последующие три ячей-
ки отведены для кодирования пара-
метров этой поверхности (точность, шероховатость, твердость). Ре-
зультатом кодирования детали является заполненный кодировоч-
ный бланк (табл. 10.2). Детали типа тел вращения средней
сложности кодируются за 5...8 мин.
Разработанная программа предусматривает проектирование за-
готовок и технологических процессов их получения для деталей
типа тел вращения и прямоугольного сечения ковкой на молотах,
ковкой в подкладных штампах, штамповкой в закрепленных штам-
пах. Программа АТП имеет четыре части, каждая из которых ре-
шает конкретную задачу: выбор рационального метода получения
поковки, расчет ее размеров и расчет исходной заготовки; печать
параметров заготовки и эскиза поковки со всеми необходимыми
размерами; проектирование технологического процесса с расчетом
себестоимости изготовления детали; печать карты технологическо-
го процесса. На рис. 10.3 представлена схема алгоритма выбора
метода .получения поковки, который определяется сопостав-
лением габаритов, массы, конфигурации и размера партии дета-
лей.
В зависимости от выбранного метода изготовления рассчиты-
ваются конфигурация и размеры поковки. Расчет ведется в два
этапа. Сначала определяется предварительная конфигурация по-
ковки исходя из условий отковываемости ступеней, концевых и про-
межуточных уступов, выемок, фланцев, буртов и других элементов.
221
10.2. Кодировочный бланк
№
ячейки
Код
0400
1
' 2
3
4
5
6
0410
0420
1
2
3
0424
103135766
1 1 2 2 0 0 0 0 0
1 2 0 1 6 4 0 0 0
50, 000000
2, 8000000
1 3 5, 0 0 0 0 0
56, 000000
50, 000000
114 0 1110 3
1 3 5, 0 0 0 0 0
28, 000000
0 0 0 0 0 1 0 0 1
124023203
Пояснения
№ чертежа детали
Код детали
Код материала
Ов для стали
Ма^еа детали, кг
Максимальный диаметр
детали
Максимальная длина де-
тали
Количество деталей в
партии
Код поверхности 1
1-й параметр
2-й параметр
3-й параметр
Код поверхности 2
АТП Составил | Проверил Дата Лист 1
Затем определяется окончательная конфигурация поковки с
точки зрения ее технологичности. Проверяется также возможность
выполнения в поковке отверстия.
После формирования окончательной конфигурации поковки оп-
ределяется объем исходной заготовки с учетом технологических от-
ходов и отходов на угар. Поковка при этом разбивается на ступе-
ни для определения объема в автоматическом режиме.
Подпрограммы определения размеров исходной заготовки, ее
массы, нормы расхода материала с учетом отходов при разрезке
и некратности объединены в стандартный блок. Материалом для
ковки и штамповки служит прокат круглого и квадратного сече-
ния. Исходя из марки материала, выбирается ближайшее большее
значение диаметра исходной заготовки. При отсутствии проката
такого диаметра заготовка проектируется из проката квадратного
профиля.
Программой АТП предусматривается пересчет диаметра исход-
ной заготовки или стороны квадрата, если получается нетехноло-
гичная заготовка (отношение длины к диаметру должно находить-
ся в пределах от 1,5 до 2,5).
Расход металла на порезку определяется по нормативам, рас-
ход на некратность — исходя из раскроя проката длиной б.м с
222
Передача управления
другому алгоритму
Расчет
кованой поковки
Пересылка информации
6 ответные ячейки
Останов
Рис. 10.3. Схема алгоритма выбора
способа получения поковки
учетом длины исходной заготовки и метода резки. Все это осуще-
ствляется в автоматическом режиме.
Определенный интерес представляет программа печати эскиза
поковки со всеми необходимыми размерами. Она не выполняется
по типовым конфигурациям поковок, а формируется программой
в памяти ЭВМ независимо от формы, количества и взаимного рас-
положения ступеней, после чего распечатывается на бланк алфа-
витно-цифровым печатающим устройством (АЦПУ).
В зависимости от выбранного метода получения поковки, ее
размеров и конфигурации проектируется технологический процесс
ее изготовления с выбором переходов, оборудования, основного,
вспомогательного и измерительного инструментов, параметров на-
грева, схем транспортировки, а также состав бригады с указанием
профессии, разряда и количества рабочих, расчетом норм времени
и расценок. .
При работе программы расчета себестоимости все спроектиро-
ванные переходы фиксируются в памяти ЭВМ по всем вариантам
функционирования системы. Стандартная подпрограмма расчета
себестоимости выбирает оптимальный технологический процесс из-
готовления заготовки путем сравнения экономической эффектив-
ности рассмотренных процессов. На печать выдается наиболее эко-
номичный вариант технологического процесса. На решение задачи
машина затрачивает 2,0...2,5 мин.
Решение задач технологического проектирования с применени-
ем ЭВМ сокращает сроки технологической подготовки производ-
ства, повышает его культуру. Выбор варианта технологического
процесса по себестоимости приводит к внедрению в производство
прогрессивных методов изготовления заготовок и снижает норму
расхода металла.
10.7. ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Особую актуальность в настоящее время приобрели вопросы ав-
томатизации заготовительного производства, так как именно здесь
протекают наиболее трудоемкие и вредные (с точки зрения охраны
труда) процессы. Повсеместное внедрение различного рода машин
и механизмов уменьшает в заготовительных цехах долю ручного
труда. Однако задача сейчас стоит таким образом, чтобы комп-
лексно автоматизировать все участки машиностроительного пере-
дела, начиная от производства заготовок и кончая упаковкой го-
товой продукции. В этой связи особое место должно отводиться
вопросам создания безлюдной или малолюдной технологии путем
применения роботов и манипуляторов.
224-
Рис. 10.4. Компоновка рабочего места по обслу-
живанию машины для литья под давлением:
/ — робот МАК-1, 2 — тара для отливок; 3 — пресс для
удаления облоя; 4 — машина для литья под давлением
Роботами принято называть универ-
сальные автоматические системы, способ-
ные в процессе активного взаимодействия
с окружающей средой имитировать раз-
нообразные операции, совершаемые че-
ловеком в процессе физического или умст-
венного труда.
Промышленный робот (ПР) рассматривается как универсаль-
ный автомат с большим числом (от 3 до 10) степеней подвижности,
управляемый средствами программного управления.
Основным типом исполнительных органов промышленного ро-
бота являются его механические руки — манипуляторы. Возмож-
ны и другие типы исполнительных органов, но все они предназна-
чаются для «манипулирования» объектами, поэтому их также на-
зывают механическими манипуляторами.
В СССР освоен выпуск более 230 различных конструкций робо-
тов. Около 25 % из них предназначено для использования в заго-
товительном производстве. Так, в литейных цехах получили рас-
пространение роботы-дозировщики МАК-1, МАК-3 и МАК-4, ис-
пользуемые для порционной заливки металла в машины литья под
давлением. Отличаются эти роботы максимальной порцией (до-
Рис. 10.5. Внешний вид робота МАК-4
225
Рис. 10.6. Схема участка кузнеч-
ного цеха, обслуживаемого робо-
том:
1 —- пульт управления; 2 — ориента-
тор заготовок; 3 — нагревательная ус-
тановка; 4 — бункер; 5 — кузнечно-
штамповочный пресс; 6 — тара для
поковок; 7 —- обрезной пресс; 8 — та-
ра для облоя; 9 — промышленный ро-
бот
зой) для заливки жидкого металла
(4.„6 кг), точностью позициониро-
вания (3...5 мм). На рис. 10.4 пока-
зана компоновка рабочего места по
обслуживанию машины для литья
под давлением. Робот МАК-4 (рис.
10.5) обладает также способностью
извлекать отливку из формы, опус-
кать ее в закалочную ванну и пере-
давать на пресс обрубки облоя. Хо-
рошо зарекомендовал себя робот-
дозировщик РДП-5. Использование
в литейном производстве роботов-
дозировщиков повышает производи-
тельность труда на 10... 15 % и до
30 % уменьшает технологические
отходы металла.
В кузнечном производстве полу-
чили распространение роботы серий «Циклон» и «Ритм». Макси-
мальная грузоподъемность до 30 кг. Точность позиционирования
кузнечных роботов выше, чем литейных, и находится в пределах
±(0,1...0,5) мм. Советскими машиностроителями созданы также
крупные ковочные манипуляторы грузоподъемностью до 2500 кг.
Схема участка кузнечного цеха с применением, робота показана
на рис. 10.6.
Наибольшее количество различных разновидностей роботов
(РКТБ-1, 7605, БРИГ-10,'«Импульс» и др.) применяется в цехах
холодной штамповки. Их грузоподъемность находится в широком
диапазоне —от нескольких граммов до 5 кг. Точность позициони-
рования ±0,1 мм. Роботы системы «Импульс» по требованию за-
казчика могут укомплектовываться одной, двумя или тремя рука-
ми грузоподъемностью до 0,7 кг каждая. Использование роботов
в штамповочном производстве помимо повышения производитель-
ности труда позволяет полностью исключить травматизм. Благо-
даря роботам гибкие автоматизированные модули раньше всего
появились в штамповочном производстве.
В настоящее время роботы применяют при изготовлении литей-
ных форм и стержней, при сборке форм, при выбивке отливок, при
выполнении различных операций в термических и сварочных це-
хах. С помоЩью роботов осуществляют загрузку и разгрузку пе-
чей, перемещение заготовок в закалочных-ваннах. Специализиро-
ванные роботы осуществляют контроль твердости заготовок, их
клеймение, покраску и складирование. Созданы также конструкции
роботов^ для переработки пластмасс, металлокерамики и других
конструкционных материалов.
226
Применение роботов позволяет сократить количество рабочих
на подсобных работах, заменить тяжелый, утомительный, однооб-
разный ручной труд в опасных условиях. Роботы позволяют более
полно использовать возможности технологического оборудования
и повысить производительность труда.
Внедрение промышленных роботов в заготовительное производ-
ство следует оценивать с точки зрения технического, экономичес-
кого или социального эффекта. При использовании ПР в сочетании
с литейным, кузнечно-штамповочным или сварочным оборудовани-
ем необходимо обеспечить согласованность длительности рабочих
циклов ПР и основного технологического оборудования. Кроме то-
го, необходимо также оценить окупаемость дополнительных капи-
таловложений, увеличения амортизационных отчислений, расходов
на ремонт и обслуживание, связанных с внедрением в производство
и эксплуатацией ПР.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные пути повышения эффективности заготовительного произ-
водства.
2. Перечислите основные источники экономии материалов при производстве заго-
товок.
3. Как влияет на эффективность заготовительного производства применение ЭВМ
на стадии технологической подготовки производства?
4. Охарактеризуйте влияние роботов на эффективность заготовительного произ-
водства. Каково социальное значение применения роботов в заготовительном
производстве?
11. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ
11.1. ЗАГОТОВКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Корпусные детали являются базовыми деталями машин, на ко-
торых монтируются отдельные сборочные единицы. По служебно-
му назначению и конструктивным формам они подразделяются на
группы (рис. 11.1): а) корпусные детали коробчатой формы в виде
параллелепипеда: корпуса редукторов, коробок скоростей, шпиндель-
ных бабок и т. п.; б) корпусные детали с отверстиями и полостями,
протяженность которых превышает их поперечные размеры: блоки
цилиндров, двигателей, компрессоров, корпуса задних бабок;
в) корпуса деталей сложной пространственной формы: корпуса па-
ровых и газовых турбин, центробежных насосов, коллекторов, вен-
тилей и т. п.; г) корпуса деталей с направляющими: столы, карет-
ки, салазки, планшайбы и т. п.; д) корпусные детали типа крон-
штейнов, угольников, стоек плит, крышек и т. п. Следует от-
метить, что деление деталей на группы является условным, т. к.
некоторые из н~х нельзя отнести к определенной группе, и приме-
227
Рис. 11.1. Разновидности кор-
пусных деталей
няется лишь для удобства пользования общими технологическими
решениями.
Технические требования к корпусным деталям состоят в высо-
ких требованиях к точности геометрической формы, размеров и от-
носительного положения базовых поверхностей. Иногда также тре-
буется соблюдение точности углового расположения одних поверх-
ностей относительно других или осей отверстий относительно плос-
ких поверхностей.
Большинство корпусных деталей изготавливают из серого чу-
гуна марок СЧ15, СЧ18, СЧ20. Серый чугун является достаточно
дешевым, технологичным материалом и обладает рядом важных
эксплуатационных свойств: хорошая износостойкость, высокая
демпфирующая способность, нечувствительность к надрезам, кон-
центраторам напряжений и др. Если к детали предъявляются по-
вышенные требования по прочности и износостойкости, то ее из-
готавливают из серого чугуна марок СЧ24, СЧ32, СЧ35. Для по-
лучения тонкостенных отливок применяют чугуны с повышенным
содержанием фосфора (до 1,2 %) и кремния (до 2,8%), способ-
ствующих улучшению жидкотекучести. Для корпусных деталей, ра-
ботающих в условиях знакопеременных нагрузок, ударов исполь-
зуют ковкий чугун КЧ35-10, КЧ37-12.
228
Корпуса высоконапорных насосов, компрессоров, турбин изго-
товляют из чугунов повышенной прочности или стального литья.
Плиты, угольники, кронштейны, корпуса электродвигателей льют
из сталей 15Л, ЗОЛ, 40Х, 12Х2Н4А. Небольшие корпусные детали
изготавливают из бронзы, алюминиевых и специальных сплавов.
Для мелкосерийного и единичного производства иногда более ра-
ционально применять сварные заготовки корпусных деталей из лис-
товой стали марок СтЗ, Ст4, Ст5. Штампо-сварные картеры задних
мостов автомобилей делают из стали 35, 40.
Выбранный материал заготовки в значительной степени опре-
деляет и способ ее изготовления. Большинство чугунных заготовок,
особенно большого размера, получают литьем в песчаные формы.
В зависимости от серийности, сложности отливки возможна ручная
или машинная формовка. При машинной формовке используются
металлические модели, которые дают в 1,2...1,5 раза меньший при-
пуск. Однако они окупаются только при объеме партии заготовок
не менее 40...50 шт. в месяц и длительности изготовления не ме-
нее 3...4 лет.
Заготовки корпусных деталей небольшого размера получают
специальными методами литья. При литье в металлические формы
(кокильное, под давлением) следует обращать внимание на воз-
можность извлечения металлических стержней и самой отливки из
формы. В ряде случаев этими способами можно получить армиро-
ванные заготовки, например, алюминиевые отливки с трубками из
коррозионностойкой стали.
Сварные заготовки применяют в единичном и мелкосерийном
производстве при изготовлении корпусов относительно простой гео-
метрической формы. В этом случае не требуются первоначальные
затраты, связанные с изготовлением модельного комплекта, коки-
ля и т. п. Однако необходимо учитывать затраты, связанные с рас-
кроем и резкой, листовой стали, разделкой кромок, изготовлением
сварочных приспособлений. Применение сварных и штампо-свар-
ных заготовок в серийном производстве требует хорошо оборудо-
ванного сварочного цеха.
При проектировании заготовок корпусных деталей, разработке
технологического процесса их производства и во время изготовле-
ния необходимо принять все меры для уменьшения деформаций за
счет неравномерного охлаждения, усадки или сварочных напряже-
ний, особенно, если деталь имеет направляющие отверстия для
установки валов, осей и т. п. Очень часто заготовки корпусных де-
талей после изготовления подвергают термообработке для снятия
внутренних напряжений, стабилизации размеров, улучшения струк-
туры и обрабатываемости резанием.
229
11.2. ЗАГОТОВКИ СТАНИН
Станины станков (рис. 11.2), транспортных, энергетических и
других машин и агрегатов служат для обеспечения требуемых от-
носительных положений и движений присоединяемых к ним сбо-
рочных единиц.
По расположению станины могут быть горизонтальными, вер-
тикальными и наклонными; по конструкции — цельными и состав-
ными; по служебному назначению — с направляющими и без на-
правляющих. Направляющие могут быть накладными и выполнен-
ными заодно со станиной.
Основные требования, предъявляемые к станинам, аналогичны
требованиям к корпусным деталям. В отличие от них к станинам
предъявляются более высокие требования к допустимым отклоне-
ниям размерных параметров, точности изготовления комплекта ос-
новных баз. К материалу станин предъявляются требования по хи-
мическому составу, физико-механическим свойствам, однородности
и плотности материала, особенно в наиболее ответственных местах.
С целью обеспечения высокой износостойкости повышенные тре-
бования предъявляются к микроструктуре и твердости поверхност-
ного слоя направляющих.
Большинство станин станков изготавливаются литыми из серого
чугуна марок СЧ20, СЧ25, СЧЗО. Для уменьшения металлоемкости
станин используют серый легированный чугун или послойную за-
ливку в форму: сначала льют легированный чугун'под направляю-
щие, а затем нелегированный чугун.
Сварные станины изготавливают из листовой стали марок СтЗ,
Ст4, Ст5, ВСтЗ и других толщиной 3...12 мм. В конструкциях станин
применяют прокат: швеллеры, трубы прямоугольного сечения, гну-
тые профили.-Сварными преимущественно делают рамы транспорт-
ных машин.
Станины льют в почвенные литейные формы. Для получения бо-
лее качественного металла в зоне направляющих формовка ста-
Рис. 11.2. Станина металлорежущего станка
Прорипь напраблякпцих
230
нины производится направляющими вниз. Массивные станины с
монолитными направляющими и тонкими стенками отливают с ис-
пользованием холодильников. Холодильники, ускоряя охлаждение,
предотвращают образование усадочных рыхлот, повышают твер-
дость поверхностного слоя.
Сварку заготовок станин производят чаще всего электродуговым
способом в среде защитных газов, под флюсом и электрошлаковой
сваркой. Наиболее распространена полуавтоматическая сварка в
углекислдм газе порошковой проволокой. При сварке под флюсом
используют увеличенный вылет электрода, сварку пульсирующей
дугой, многоэлектродную сварку. Металлоемкость сварных станин
на 30...40 % меньше, чем литых. Они требуют примерно в 2 раза
меньший объем работ по обработке резанием. Однако трудоемкость
изготовления крупных сварных станин намного больше, чем
литых.
Для станин большое значение имеет предотвращение коробле-
ния в процессе изготовления, сборки и эксплуатации. С этой целью
литые заготовки станин станков перед механической обработкой,
как правило, подвегают естественному старению. Суть его состо-
ит в том, что заготовки после черновой обработки выдерживают на
открытом воздухе: в течение не менее 3 мес. для станков нормаль-
ной точности и не менее 6 мес. для станков повышенной точности.
Естественное старение не требует дополнительного оборудования,
но является очень длительной операцией, которая значительно уд-
линяет производственный цикл изготовления станин. Вместо есте-
ственного старения могут применяться и другие виды термообра-
ботки: низкотемпературный отжиг, ускоренный отжиг, искусствен-
ное старение. Для уменьшения коробления применяют также низ-
котемпературный отжиг с последующим естественным старением.
11.3. ЗАГОТОВКИ ВАЛОВ, ОСЕЙ И ШПИНДЕЛЕЙ
Валы и оси составляют 10...13 % в общем объеме производства
деталей машин. Валы, оси и шпиндели весьма разнообразны по
своему назначению, конструктивной форме, размерам и конструк-
ционному материалу.
По технологическому признаку валы, оси и шпиндели делятся
на гладкие и ступенчатые; цельные и пустотелые; валы с фланца-
ми; гладкие, шлицевые валы и валы-шестерни, а также комбини-
рованные с разнообразным сочетанием указанных выше типов
(рис. 11.3).
По длине I валы делятся на 4 группы: I — ^150 мм; II — I—
—150...500 мм; III — 1=500...1200 мм; IV — 1^1200 мм. По данным
ЭНИМСа валы II и III групп составляют 85 % общего числа валов.
По соотношению длины I и среднего диаметра d валы делятся на
231
жесткие (//d^8...12) и нежесткие
(//d>12).
Технологические требования к
деталям этой группы состоят в
необходимости получить: наруж-
ные поверхности с требуемой сте-
пенью точности; концентричность
наружных и внутренних поверхно-
стей; минимальную несоосность
отдельных обрабатываемых по-
верхностей; шпоночные пазы и
шлицы, параллельные оси вала
и др. Для шпинделей особое зна-
чение имеет требование^стабиль-
ности положения оси вращения
шпинделя, что достигается за счет
равенства радиусов в каждом из
сечений его опорных шеек, соос-
ности и требуемого параметра ше-
роховатости поверхности.
Валы и оси изготавливают из
углеродистых и легированных ста-
лей, обладающих высокой проч-
ностью, хорошей обрабатываемо-
стью резанием, способностью уп-
Рис. 11.3. Разновидности деталей ти-
па валов
рочняться в результате термиче-
ской обработки. К ним относятся стали: 35, 40, 45, 40Х, ЗОХН, 50Х,
40Г2, 45ХН2МФ и др. Для изготовления шпинделей применяют
высокопрочный чугун ВЧ45, ВЧ50, а для некоторых тяжелых стан-
ков применяют отливки из серого чугуна СЧ15, СЧ21 и др.
В условиях единичного производства почти все валы изготав-
ливают или непосредственно из проката, или ковкой (крупные ва-
лы). Валы и оси с фланцами целесообразно изготавливать сборно-
сварными. Так, цельная кованая заготовка вала гидротурбины да-
ет коэффициент использования металла Ки.м—0,25...0,30. При сбор-
но-сварной конструкции центральная часть вала производится из
проката, а фланец — ковкой, после чего вал и фланец сваривают.
В этом случае Ки.м=0,7...0,8.
Гладкие валы и оси, а также ступенчатые валы с небольшим пе-
репадом между наибольшим и наименьшим диаметрами (до 15...
...25 %) изготавливают из прутка независимо от типа производст-
ва. Но, если Кя.м снижается до 0,65...0,75, пруток необходимо об-
рабатывать давлением, приближая конфигурацию заготовки к фор-
ме готовой детали. Относительно короткие заготовки (l/d>5)
штампуют на молотах или прессах. Причем, штамповка на молотах.
232
дает более высокий Кя. м (0,70...0,75), чем на прессах (0,65„.0,70)
ввиду больших возможностей формообразования.чэ массовом и
крупносерийном производствах внедряются . методы профилирова-
ния заготовок на ротационно- и радиально-обжимных машинах, на
станах поперечной, поперечно-винтовой и поперечно-клиновой про-
катки. Эти методы обеспечивают производство заготовок со значи-
тельным перепадом поперечных сечений, хорошим качеством поверх-
ностного СЛОЯ,' ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ И ПрОИЗВОДИтелЬНОСТЬЮ. Ки.м
при этом достигает 0,90...0,95, что позволяет снизить себестоимость
деталей.
Заготовки валов и осей длиной 150...1200 мм с фланцами или
значительными перепадами сечений в условиях серийного и мас-
сового производства наиболее рационально изготовлять на гори-
зонтально-ковочных машинах (ГКМ). Для относительно простых
заготовок, особенно для заготовок с местными утолщениями, при-
меняют электровысадочные машины..
Заготовки крупных валов (длиной свыше 1200 мм) изготавли-
вают ковкой на гидравлических прессах. В то же время следует
отметить, что для длинных валов (более 2 м) это единственно воз-
можный способ производства заготовок, хотя и характеризуется
низким коэффициентом использования металла.
В качестве заготовок шпинделей используют прокат (трубы),
поковки, чугунное или стальное литье. Прокат, поковки, чугунное
литье применяют в условиях единичного и мелкосерийного произ-
водства. В серийном производстве заготовки шпинделей получают
штамповкой на ГКМ или радиально-обжимных машинах. По сра-
внению с ковкой Ки.м возрастает с 0,2...0,3 до 0,5...0,8. Для обес-
печения прямолинейности оси шпинделя в ряде случаев заготовка
подвергается правке на специальных правильно-калибровочных ста-
нах, обеспечивающих отклонение от прямолинейности оси не более
0,05 мм на 1 м длины.
Все заготовки шпинделей, полученные ковкой или штамповкой,
перед механической обработкой подвергают термической обработ-
ке (нормализации, улучшению), т. к. после снятия поверхностного
слоя заготовки может произойти значительное перераспределение
остаточных напряжений, которое приводит к заметной деформации
шпинделя, если не сразу после обработки, то во время эксплуата-
ции.
11.4. ЗАГОТОВКИ ВТУЛОК
По конструкции втулки делятся на гладкие, с буртиком, с флан-
цем, разрезные и т. п. (рис. 11.4).
Главное требование, предъявляемое к подобным деталям, со-
стоит в достижении концентричности наружных и внутренних по-
233
Рис. 11.4. Разновидности втулок
верхностей втулок и перпендикуляр-
ности торцев к оси центрального от-
верстия. Достижение концентрично-
сти может быть обеспечено различ-
ными способами механической об-
работки заготовки, а это, в свою
очередь, сказывается на выборе чер-
новых баз механической обработки
и на распределении припусков при
проектировании заготовки.
Для изготовления втулок приме-
няют самые разнообразные констру-
кционные материалы: чугуны —
СЧ15, СЧ20, СЧ21, КЧЗЗ-8, КЧ35-10;
стали 20, 25, 30, 35Х, бронзы
БрОСЮ-10, БрАЖН 10-4-4; латуни —
Л68, ЛН65-5, ЛС59-1; специальные
сплавы, биметаллы, порошковые ма-
териалы — ЖГ-1, ЖГ-2, рРОГрЮ-З,
АЖГрб-3, текстолит, капрон, дере-
во и др.
Втулки диаметром до 20...25 мм изготавливают из горячекатан-
ных или калиброванных прутков, а также из литых стержней. За-
готовками для втулок диаметром 20...80 мм служат полые отливки;
поковки, штампованные на КГШП и ГКМ; втулки, прессованные
из металлических порошков. Для производства втулок диаметром
более .80...100 мм в качестве заготовок используются сварные или
бесшовные трубы; заготовки свернутые из листа; поковки, полу-
ченные ковкой или штамповкой на ГКМ (особо крупные заготов-
ки).
Заготовки из проката (пруток, трубы, лист) —самые дешевые
и удобные для изготовления втулок. Они широко используются для
изготовления гладких или простых по конфигурации втулок. Вы-
сокий коэффициент использования металла имеют тонкостенные
заготовки, полученные сворачиванием из холоднокатанного листа
(с последующей сваркой или разрезные).
Штамповка на холодновысадочных автоматах или ГКМ приме-
няется для изготовления втулок, имеющих выступы, фланцы, бур-
тики и т. п. в массовом и крупносерийном производстве. Среди спо-
собов литья для производства втулок наиболее часто применяют
литье в песчаные формы, кокильное, под давлением и центробеж-
ное. Последний способ для производства заготовок втулок является
предпочтительным, так как кроме высокой точности наружных раз-
меров дает благоприятное распределение структуры материала по
сечению заготовки. Кроме того, при этом способе литья почти пол-
234
ностью отсутствуют внутренние литейные дефекты или они легко
могут быть удалены при черновой механической обработке. Инди-
видуальные отливки крупных заготовок получают литьем в песча-
ные формы.
Заготовки из порошковых материалов имеют высокое качество
поверхности с минимальными припусками на механическую обра-
ботку. /Си.м в этом случае достигает 0,95...0,99. Порошковой метал-
лургией легко можно изготовить втулки с заданной пористостью,
что позволяет, например, создать подшипники скольжения, имею-
щие высокие антифрикционные свойства без подвода смазки извне.
В этом случае поры втулки заполняются смазкой в процессе изго-
товления или сборки.
Производство втулок, как правило, отличается сравнительно низ-
ким Хи.м. Поэтому для втулок стремятся использовать штучные за-
готовки, получаемые штамповкой на ГКМ, центробежным литьем^
литьем под давлением, порошковой металлургией.
11.5. ЗАГОТОВКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зубчатые колеса — весьма распространенная группа деталей
машин. Их производят миллионами штук. В зависимости от конст-
рукции и служебного назначения зубчатые колеса делятся на
несколько типов (рис. 11.5): I тип — одновенцовые колеса с доста-
точно длинным базовым отверстием (//d>l); II тип — многовенцо-
вые колеса, которые также имеют значительно большую длину ба-
зового отверстия, чем диаметр (Ud^> 1); III тип — одновенцовые
колеса типа дисков, у которых (7/d<l); IV тип — венцы, которые
после обработки насаживаются и закрепляются на ступице колеса,,
образуя вместе с ней одно- и многовенцовые колеса; V тип — зуб-
чатые колеса-валы.
Зубчатые колеса должны быть износостойкими, работать плав-
но и бесшумно. Это достигается за счет точности изготовления и па-
раметров шероховатости поверхности. При изготовлении зубчатых
колес высокой точности особенно важно обеспечить требуемое от-
клонение от перпендикулярности торца к оси центрального отвер-
стия.
Зубчатые колеса работают в тяжелых условиях, поэтому к ма-
териалу предъявляются высокие требования в отношении однород-
ности физико-механических свойств, макро- и микроструктуры, на-
личия внутренних дефектов, остаточных напряжений и т. д. В за-
висимости от передаваемой нагрузки, условий работы и назначения
зубчатые колеса изготавливают из серого чугуна СЧ21, СЧ24, ста-
лей 40Х, 50Г, 40ХН, 12Х2Н4А, 18ХНВА, 38ХМЮА, бронзового или
стального литья. Приводные шестерни, работающие с окружной
скоростью менее 40...50 м/с, делают также из пластмасс (текстолит,
235
Рис. 11.5. Типы зубчатых колес
лигнофоль-ДСП). Для зубчатых колес из сталей применяют раз-
личные виды термической и химико-термической обработки.
Заготовки из чугуна, стального и бронзового литья изготавли-
вают литьем в песчаные формы, кокильным и центробежным ли-
тьем. Последний метод особенно широко применяется при изготов-
лении заготовок крупных зубчатых колес III и IV типов. Чугунные
колеса могут отливаться с отбеленной наружной поверхностью, что
способствует повышению износостойкости.
236
Заготовками колес простой формы малых и средних размеров
служат прокат или прессованные профили. Крупные колеса в ус-
ловиях единичного и мелкосерийного производства изготавливают
из кованых заготовок.
Большинство заготовок зубчатых колес производится штампов-
кой, которая позволяет получать наиболее благоприятную макро-
структуру. Для производства заготовок колес I и III типов приме-
няют штамповку в закрытых и открытых штампах на молотах и
КГШП. Заготовки колес II и IV, а иногда и V типов чаще изготав-
ливают штамповкой на ГКМ. Штамповка на ГКМ обеспечивает
получение большего Ди.м для многовенцовых зубчатых колес. Круп-
ные заготовки зубчатых колес IV типа изготавливают ковкой или
раскаткой.
Значительная часть заготовок производится из цельных или
кольцевых заготовок методом накатки зубьев в холодном или го-
рячем состоянии. В этом случае исключается черновое зубонаре-
зание и формируется наиболее благоприятная макроструктура ме-
талла. Для передач невысокой точности вообще исключается ме-
ханическая обработка.
Заготовки червячных колес делают из проката или литьем. При
большой программе выпуска применяют литье под давлением, ко-
кильное или центробежное литье. Крупные заготовки червячных
колес изготавливают составными: стальная или чугунная ступица
и бронзовый зубчатый венец. Особо крупные заготовки производят
путем заливки венца на предварительно подготовленную ступицу
(биметаллические зубчатые колеса).
Заготовки зубчатых колес небольшого размера изготавливают
также чистовой вырубкой из листа или из порошковых материалов.
В последнем случае практически исключается механическая об-
работка.
11.6. ЗАГОТОВКИ ШКИВОВ И МАХОВИКОВ
Шкивы и маховики представляют собой более или менее круп-
ные инерционные детали цилиндрической формы. Детали этого ти-
па характеризуются небольшим отношением длины цилиндри-
ческой части к наружному диаметру (обычно не более 2,5)
(рис. 11.6).
Особенности работы шкивов и маховиков определяют главные
требования к их заготовкам: концентричность наружной поверхнос-
ти и посадочного отверстия, перпендикулярность торцов к оси де-
тали.
Шкивы и маховики диаметром более 500 мм изготавливают из
серого чугуна СЧ15, СЧ18; меньших диаметров — из серого чугу-
на или конструкционных сталей 30, 35, 40. Шкивы делают также
237
Рис. 11.6. Разновидности шкивов и маховиков
из алюмйниевых и магниевых сплавов, бронз, текстолита, и дру-
гих материалов.
В большинстве случаев для производства шкивов и маховиков
применяют штучные заготовки — отливки, кованые или штампо-
ванные поковки. Средние и крупные заготовки из чугуна и стали
льют в песчаные формы. При большом объеме партии более эф-
фективным является центробежное литье. Небольшие заготовки из
цветных металлов в условиях серийного и массового производства
изготовляют кокильным литьем, литьем в оболочковые формы и
под давлением. >
В зависимости от конфигурации маховика (шкива), материала
и производственных условий для изготовления заготовок могут ис-
пользоваться различные виды ковки и штамповки (на молотах,
КГШП, реже — на ГКМ). Для небольших заготовок диаметром до
30 мм применяют прокат.
11.7. ЗАГОТОВКИ РЫЧАГОВ И ВИЛОК
К этой группе деталей относятся разнообразные рычаги, вилки,
коромысла, собачки, шатуны и другие детали (рис. 11.7). Они со-
вершают колебательные или вращательные движения, передавая
необходимые силы и движение сопряженным с ними деталям. Си-
ловое воздействие направлено в продольном направлении, попереч-
ные нагрузки, как правило, незначительны.
Основные требования к изготовлению рычагов и вилок состоят
в обеспечении правильной геометрической формы основных отверс-
тий и их торцов, достижении параллельности и перпендикулярности
осей отверстий в заданных пределах, получении заданной точности
размеров отверстий и расстояний между ними. На некоторые рыча-
ги массового применения (например, на шатуны) требования уста-
навливаются стандартом.
238
Рис. 11.7. Разновидности рычагов и вилок
Для изготовления рычагов и вилок, не подвергающихся удар-
ным нагрузкам, применяют серый чугун марок СЧ12, СЧ18, СЧ21,
СЧ24, при наличии ударных нагрузок — ковкий чугун марок
КЧ35-10, КЧ37-12 и др. Применяют также конструкционные стали
Ст5, 20, 35, 45 и др. Особо ответственные рычаги выполняют из ле-
гированных сталей 18ХГТ, ЗОХГСА, 40Х и др.
Чугунные заготовки получают обычно литьем в песчаные фор-
мы ручной или машинной формовкой. Отливки из ковкого чугуна
подвергаются графитизирующему отжигу (томлению), а после от-
жига — правке, что увеличивает себестоимость деталей.
Сложные стальные отливки массой до 10 кг получают литьем
в оболочковые формы и по выплавляемым моделям в массовом
производстве в том случае, когда ряд их поверхностей не требует
последующей механической обработки. Расход металла при этом
снижается на 30...50 % по сравнению с литьем в песчаные формы.
Заготовки стальных рычагов простой формы могут вырезаться
из толстого листового проката. Ковкой производят заготовки не-
239
сложной формы в условиях единичного и мелкосерийного производ-
ства. В этом случае предусматриваются значительные технологи-
ческие напуски и припуски, так как ковкой трудно выполнять реб-
ра и другие фасонные поверхности. С увеличением масштаба про-
изводства более экономичным становится штамповка на молотах
(серийное производство) и КГШП (массовое и крупносерийное
производство). Для повышения производительности штамповки,
/Си.м и уменьшения себестоимости заготовок применяют предвари-
тельную штамповку на ковочных вальцах и поперечно-клиновую
прокатку. В массовом производстве штампованные поковки допол-
нительно подвергаются калибровке. Отверстия диаметром более
25...30 мм выполняют в заготовках ковкой, штамповкой, литьем,
меньшие — механической обработкой.
11.8. ЗАГОТОВКИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
Коленчатые валы представляют собой сложные и ответственные
детали двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. По кон-
струкции коленчатые валы бывают цельные (рис. 11.8) и состав-
ные. Цельные валы сравнительно небольшого размера применяют-
ся в автомобильных и транспортных двигателях, в компрессорах,
кривошипных прессах. Составные валы изготавливаются неболь-
шими партиями для крупных судовых и стационарных двигателей
внутреннего сгорания. В зависимости от конструктивного оформ-
ления коленчатые валы делятся по количеству коренных опор и
шатунных шеек, их взаимному расположению и т. д. К коленчатым
валам предъявляются высокие требования по качеству изготовле-
ния, которые регламентируются соответствующими стандартами.
Основные технологические задачи при производстве заготовок
коленчатых валов и их механической обработке состоят в получе-
нии соосных коренных шеек высокой точности, точных шатунных
шеек с соответствующей точностью их взаимного расположения, в
достижении хорошей балансировки (динамической и статической)
всего вала при вращении относительно оси коренных шеек.
Рис. 11.8. Коленчатый вал
240
Коленчатые валы изготавливают из углеродистых и легирован-
ных сталей марок 45, 45Х, 45Г2, 40ХНМА, 18ХНВА и других, а
также из специальных высокопрочных чугунов. В соответствии с
условиями работы к материалу коленчатых валов предъявляются
высокие требования по качеству поверхностного слоя металла ше-
ек с точки зрения их износостойкости и усталостной прочности.
Заготовки стальных коленчатых валов малых и средних разме-
ров в условиях крупносерийного и массового производства полу-
чают штамповкой на прессах и молотах. Процесс штамповки осу-
ществляется за несколько переходов, а после обрезки заусенца
проводят горячую правку. Заготовки для крупных стальных валов
получают ковкой на молотах и прессах. Такие заготовки отлича-
ются сравнительно большими припусками и напусками, но порой
это единственный способ получения заготовки нужного качества.
Чугунные и стальные заготовки коленчатых валов средних раз-
меров отливают в оболочковые формы или по выплавляемым мо-
делям. Для заготовок массой 100...150 кг применяют литье в пес-
чаные формы.
Производство литых заготовок позволяет устранить ряд техно-
логически сложных операций механической обработки. Например,
за счет установки стержней крупные валы можно изготавливать
с пустотелыми шейками, что заметно снижает массу готовой де-
тали.
Значительные трудности при обработке коленчатых валов соз-
дает изготовление маслопроводных каналов, соединяющих шейки.
Их малые диаметры (5...8 мм) и значительная длина требуют при-
менения специального оборудования для глубокого сверления. Ес-
ли вал изготавливают литьем, в литейную форму перед заливкой
металла устанавливают тонкостенные трубки для подвода масла.
Таким образом полностью исключается ряд операций сверления.
Недостатком литых коленчатых валов является трудность обес-
печения однородности структуры, механических и эксплуатацион-
ных свойств по сечению заготовки, а также возможность образо-
вания внутренних дефектов (раковины, поры, шлаковые и неметал-
лические включения).
Контрольные вопросы
1. Какие способы литья используются для изготовления заготовок корпусных де-
талей и станин в единичном и серийном производствах?
2. Какие заготовки валов (осей, шпинделей) используются в массовом, серийном
и единичном производствах?
3. Перечислите способы получения заготовок зубчатых колес в различных типах
производства.
4. Назовите основные способы производства заготовок шкивов и маховиков.
5. Перечислите способы получения заготовок типа рычагов и вилок.
6. Какие основные технологические задачи ставятся при изготовлении коленчатых
валов?
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверченко П. А. Технология конструкционных материалов. Терминологический
справочник.— К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984.— 112 с.
2. Афонькин М. Г., Магницкая М. В. Производство заготовок в машинострое-
нии.— Л.: Машиностроение, 1987.— 256 с.
3. Барташев Л. В. Технико-экономические расчеты при проектировании и про-
изводстве машин.— М.: Машиностроение, 1973.— 384 с.
4. Ковка и штамповка: Справ.: В 4т./Ред. совет: Е. И. Семенов и др — М.: Ма-
шиностроение, 1985—1987.—Т. 1: Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка.—
1985.—568 с.
5. Ковка и штамповка: Справ.: В 4 т./Ред. совет: Е. И. Семенов и др.— М.:
Машиностроение, 1985—1987.—Т. 2: Горячая штамповка.— 1986.-592 с.
6. Ковка и штамповка: Справ.: В 4 т./Ред. совет: Е. И. Семенов и др.—
М.: Машиностроение, 1985—1987.— Т. 4: Холодная объемная штамповка.—
1987.—384 с.
7. Маталин А. А. Технология машиностроения.— Л.: Машиностроение, 1985.—
496 с.
8. Могилев В. К., Лев О. И. Справочник литейщика.— М.: Машиностроение,
1988.— 272 с.
9. Общемашиностроительные нормативы времени на горячую штамповку.— М.:
Машиностроение, 1974.— 11 с.
10. Общемашиностроительные нормативы времени на холодную штамповку, высад-
ку, обрезку и резку / ЦБНТИ при НИИтруда.—М., 1976— 130 с.
11. Общемашиностроительные нормативы времени для технического нормирова-
ния работ на металлорежущих станках.— М.: Машиностроение, 1975,—241 с.
12. Общемашиностроительные нормативы времени на машинную и ручную фор-
мовку литейных форм для чугунного, стального и цветного литья.— М.: Ма-
шиностроение, 1967.— 216 с.
13. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области приме-
нения: Справ./И. М. Федорченко, И. Н. Францевич, И. Д. Радомысельский
и др.; Отв. ред. И. М. Федорченко.— К.: Наук, думка, 1985.— 624 с.
14. Прейскурант № 01—03. Заготовительные и сбытовые цены на лом и отходы
черных металлов.— М.: Прейскурантиздат, 1987.— 158 с.
15. Прейскурант № 01—08. Оптовые цены на сортовую и фасонную сталь.— М.:
Прейскурантиздат, 1980.— 210 с.
16. Прейскурант № 01—09. Оптовые цены на фасонную сталь специального на-
значения.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 142 с.
17. Прейскурант № 01—13. Оптовые цены на трубы стальные бесшовные и свар-
ные.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 207 с.
18. Прейскурант № 01—14. Оптовые цены на трубы стальные нарезные.— М.:
Прейскурантиздат, 1980.— 15 с.
242
19. Прейскурант № 01—15. Оптовые цены на трубы чугунные и соединительные
части к ним—М.: Прейскурантиздат, 1980.— 30 с.
20. Прейскурант № 02—01. Оптовые цены на цветные металлы, сплавы и порош-
ки.— М.: Прейскурантиздат, 1985.— 96 с.
21. Прейскурант № 02—05. Заготовительные и сбытовые цены на лом и отходы
цветных металлов и сплавов.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 31 с.
22. Прейскурант № 02—07. Оптовые цены на трубы, прутки и проволоку из
тяжелых цветных металлов.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 286 с.
23. Прейскурант № 02—10. Оптовые цены на прокат легких цветных металлов.—
М.: Прейскурантиздат, 1980.— 192 с.
24. Прейскурант № 02—11. Оптовые цены на прокат тугоплавких и редких метал-
лов.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 93 с.
25. Прейскурант № 05—03. Оптовые цены на изделия из пластических масс для
автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин и трубы из пласти-
ческих масс.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 234 с.
26. Прейскурант № 25—01. Оптовые цены на отливки, поковки и горячие штам-
повки.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 368 с.
27. Прейскурант № 25—02. Оптовые цены на изделия из металлических порош-
ков.— М.: Прейскурантиздат, 1980.— 224 с.
28. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справ./Под ред.
К. М. Великанова.— Л.: Машиностроение, 1975.— 432 с.
29. Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке.— Л.: Машинострое-
ние, 1979.— 520 с.
30. Руденко П. А. Проектирование технологических процессов в машинострое-
нии.— К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.— 255 с.
31. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т./Под ред. А. Г. Косиловой,
Р. К. Мещерякова.— М.: Машиностроение, 1985.— Т. 1.— 655 с.
32. Технологичность конструкций изделий: Справ./Под ред. Ю. Д. Амирова.—
М.: Машиностроение, 1985.— 368 с.
33. Технология конструкционных материалов /Под ред. А. М. Дальского.— М.:
Машиностроение, 1985.—-448 с.
34. Юрьев В. П, Справочное пособие по нормированию материалов и электро-
энергии для сварочной техники.— М.: Машиностроение, 1972.— 152 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................. 3
1. Типы и формы производства и методы организации его подготовки . . 5
1.1. Типы производства.....................................................5
1.2. Производственный и технологический процессы...........................7
1.3. Принципы, формы и методы организации производства .... 8
1.4. Понятие о единой системе технологической подготовки производства 10
1.5. Цели и задачи заготовительного производства..........................10
2. Основные понятия о заготовках и их характеристика . . . 11
2.1. Заготовка, основные понятия и определения............................11
2.2. Припуски, напуски и размеры..........................................12
2.3. Конструкционные материалы............................................14
2.4. Качество заготовок................................................. 15
2.4.1. Точность заготовок.............................................16
2.4.2. Качество поверхностного слоя заготовок.........................16
2.5. Технологичность заготовок......................................17
2.5.1. Основные понятия технологичности...............................17
2.5.2. Показатели технологичности...................... . . . 18
2.5.3. Обеспечение технологичности заготовок на стадии проектирования 19
3. Выбор способа получения заготовок.....................................21
3.1. Технологические возможности основных способов получения заготовок 21
3.2. Основные принципы выбора способа получения заготовок ... 23
3.3. Факторы, определяющие выбор способа получения заготовок ... 24
3.3.1. Форма и размеры заготовки......................................24
3.3.2 Требуемые точность и качество поверхностного слоя заготовки . 25
3.3.3. Технологические свойства материала заготовки .... 25
3.3.4. Программа выпуска продукции.................................. 26
3.3.5. Производственные возможности предприятия.......................28
3.3.6. Длительность технологической подготовки производства . . 28
3.4. Методика выбора способа получения заготовок..........................29
3.5. Норма расхода металла и масса заготовки..............................50
3.6. Требования к заготовкам с точки зрения последующей обработки . . 31
3.7. Влияние точности и качества поверхностного слоя заготовки на струк-
туру ее механической обработки.........................................32
4. Проектирование и производство литых заготовок.........................36
4.1. Способы производства литых заготовок.........................- . 36
244
4.1.1. Технологические возможности способов литья и области их при-
менения ................................................... 36
4.1.2 Характеристика отливок по сложности, массе и точности . . 40
4.2. Литейные сплавы............................................. , 45
4.2.1. Классификация литейных сплавов и их основные характеристики 45
4.2.2. Области рационального применения литейных сплавов ... 49
4.2.3. Литейные сплавы свойства сплавов и их влияние на конструк-
тивные размеры и форму отливок....................................51
4.2.4. Механические свойства отливок..............................54
4.3. Проектирование литых заготовок...................................55
4.3.1. Требования, предъявляемые' к конструкции отливок ... 55
4.3.2. Разработка чертежа литой заготовки.........................55
4.3.3. Правила выбора баз.................................... , 66
4.3.4. Оформление чертежа литой заготовки.........................67
4.3.5. Назначение технических условий ............................69
4.3.6. Пример проектирования литой заготовки......................70
4.3.7. Особенности проектирования заготовок, изготавливаемых специаль-
ными методами литья...............................................72
4.4. Технологичность отливок..........................................73
4.5. Термическая обработка литых заготовок перед обработкой резанием 81
4.6ч Качество отливок............................>....................83
4.6.1. Размерная точность отливок и качество поверхностного слоя 83
4.6.2. Дефекты отливок, способы их предупреждения и исправления 84
4.6.3. Контроль качества отливок..................................86
5. Производство заготовок обработкой металлов давлением .... 88
5.1. Общая характеристика процессов обработки металлов давлением . 88
5.1.1. Роль процессов обработки металлов давлением в машиностроении 88
5.1.2. Материалы, применяемые для получения заготовок обработкой
давлением.........................................................88
5.1.3. Изменение свойств металла в процессе пластической деформации 90
5.2. Производство машиностроительных профилей и заготовок методами
прокатки, прессования и волочения ................................... 90
5.2.1. Производство профилей и заготовок прокаткой................90
5.2.2. Прессованные профили.......................................91
5.2.3. Производство профилей волочением...........................92
5.2.4. Вальцовка, ротационная и радиальная ковка машиностроительных
профилей .........................................................92
5.2.5. Разделка проката на штучные заготовки.................... 94
5.2.6. Специальные виды прокатки..................................98
5.3. Производство заготовок ковкой....................................99
5.3.1. Общая характеристика кузнечно-штамповочного производства . 99
5.3.2. Особенности получения заготовок ковкой....................100
5.3.3. Классификация поковок.....................................101
5.3.4. Проектирование кованой заготовки..........................102
5.3.5. Выбор технологического оборудования для ковки .... 106.
5.3.6. Дефекты кованых заготовок.................................107
5.4. Производство заготовок объемной штамповкой......................108
5.4.1. Общая характеристика объемной штамповки...................108
5.4.2. Классификация‘штампованных поковок ........................НО
5.4.3. Проектирование штампованной заготовки.....................113
5.4.4. Оформление чертежа штампованной заготовки . . . . . 126
5.4.5. Пример проектирования штампованной заготовки . ... 128
5.4.6. Технологические особенности штамповки на молотах, прессах
и горизонтально-ковочных машинах.................................129
245
5.4.7. Особенности конструирования поковок, штампуемых на гори-
зонтально-ковочных машинах и гидравлических прессах . . 133
5.4.8. Обеспечение технологичности конструкции штампованной заго-
товки ............................................................,136
5.4.9. Выбор технологического оборудования для штамповки . . 139
5.4.10. Завершающие и отделочные операции горячей объемной штам-
повки .......................................................... 140
5.4.11. Термическая обработка поковок..............................143
5.4.12. Качество штампованных заготовок............................144
5.4.13. Выбор способа изготовления поковок.........................145
5.5. Заготовки, получаемые холодной штамповкой.........................147
5.5.1. Общие сведения о процессах холодной штамповки .... 147
5.5.2. Заготовки, получаемые холодной высадкой.....................148
5.5.3. Заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой . . 149
5.5.4. Оборудование для холодной штамповки.........................150
6. Проектирование и производство сварных и комбинированных заготовок 152
6.1. Классификация сварных конструкций.................................152
6.2. Технологические особенности изготовления заготовок при использо-
вании процессов сварки.................................................153
6.3. Проектирование сварных заготовок................................. 155
6.3.1. Методика проектирования сварных заготовок..................155
6.3.2. Пример проектирования сварной заготовки....................157
6.4. Технологичность сварных и комбинированных заготовок . . . .159
6.4.1. Свариваемость металлов.................................. 159
6.4.2. Обеспечение технологичности сварных, и комбинированных за-
готовок ......................................................... 159
6.4.3. Термическая обработка сварных заготовок.....................166
6.5. Сварные и комбинированные заготовки...................167
7. Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии . . 173
^1Х, Применение конструкционных порошковых материалов .... 173
7.2. Проектирование заготовок из порошковых материалов . . . 180
7.3. Точность заготовок, получаемых методами порошковой металлургии 184
7.4. Технико-экономическая эффективность применения порошковых заго-
товок ................................................................ 185
8. Заготовки из пластмасс ............................................188
8.1. Пластмассы, их свойства и области применения......................188
8.2. Способы изготовления заготовок из пластмасс . . . • . . . 189
8.3. Проектирование заготовок из пластмасс.............................194
8.4. Точность, шероховатость и припуски на обработку заготовок из
пластмасс..............................................................199
9. Технико-экономическое обоснование выбора способа производства заго-
товок ...................................................................201
9.1. Методы технико-экономической оценки способов производства заготовок 201
9.2. Оценка способов производства заготовок по себестоимости . • • 202
9.2.1. Сравнение по технологической себестоимости заготовки . . . 202
9.2.2. Сравнение по цеховой себестоимости заготовки . 204
9.2.3. Сравнение по себестоимости детали............................205
9.3. Методы расчета себестоимости заготовок..............................207
9.3.1. Себестоимость литых заготовок................................207
9.3.2. Себестоимость кованых и штампованных заготовок . . . ., 208
9.3.3. Себестоимость сварных заготовок..............................208
246
9.3.4. Упрощенный расчет себестоимости заготовок и готовых
деталей...................................................... . . 210
9.4. Пример технике-экономического анализа спроектированных заготовок 210
10. Пути повышения эффективности заготовительного производства 212
10.1. Повышение серийности производства заготовок.......................212
10.2. Типизация технологических процессов................... . .213
10.3. Групповая технология производства заготовок.......................214
10.4. Основные направления экономии материалов в заготовительном про-
изводстве ..............................................................216
10.5. Пути уменьшения затрат на литейную и штамповую оснастку . 219
10.6. Автоматизация проектирования заготовок и технологических процес-
сов их получения с помощью ЭВМ..........................................220
10.7. Применение роботов в заготовительном производстве ..... 224
11. Производство заготовок типовых деталей.............................227
11.1. Заготовки корпусных деталей.......................................227
11.2. Заготовки станин ............................................... 230
11.3. Заготовки валов, осей я шпинделей.................................231
11.4. Заготовки втулок..................................................233
11.& Заготовки зубчатых колес..........................................235
11.6. Заготовки шкивов и маховиков......................................237
11.7. Заготовки рычагсгв и вилок...................................... 238
11.8. Заготовки коленчатых валов........................................240
Спйсок использованной и рекомендуемой литературы........................242
Учебное издание
.Руденко Петр Алексеевич
Харламов Юрий Александрович
Плескач Владимир Михайлович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Переплет художника Г. М. Балюна
Художественный редактор С. П. Духленко
Технический редактор О. В. Козлитина
Корректор Af. Г. Прус
ИБ № 13432
«Сдано в набор 29.06.90. Подписано в печать 12.08,91.
Формат 60Х84/16. Бум. тип. № 2. Гарнитура литера-
турная. Высокая печать. Усл. печ. л. 14,41. Усл.
кр.-отт. 14,67. Уч.-изд. л. 15,82. Тираж 6800 экз.
Изд. № 2. Заказ № 437. Цена 2 р. 60 к.
Издательство «Выща школа»,
252054, Киев-54, ул. Гоголевская, 7
Белоцерковская книжная фабрика,
256400, Белая Церковь, ул. Карла Маркса, 4.