Выбор типа заготовки

ЛЕКЦИЯ № 14

Технико-экономическое обоснование

Выбор измерительного инструмента

Определение контролируемых параметров, выбор измерительного инструмента или

разработка технических заданий на проектирование (исходные данные,

основные требования, эскиз), расчет точности измерения параметров

Определение технологической себестоимости

Документирование технологических процессов:

маршрутного описания – МТП (указать в бланках: ТТ, требования по ТБ,

тип оборудования и ТСО, марку материала и размеры заготовки, нормы времени),

полныймаршрут по всему циклу изготовления;

операционного описания – ТПО (ввести МТП и полный состав
операционных карт по перечню);

маршрутно-операционного описания – ТПМО (ввести МТП, полный состав
операционных карт на ответственные операции)

Рис. 13.2. Этапы разработки технологического процесса обработки детали

Метод получения заготовки определяется технологическими свойствами их материала, формой, габаритами и объемом (типом) производства. В действующем производстве учитываются возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования) и плановые сроки подготовки производства (проектирование и изготовление технологической оснастки). Кроме того, необходимо принимать во внимание тенденции развития технологии машиностроения, в соответствии с которыми рекомендуется (в случае целесообразности) переносить бóльшую часть процесса формообразования детали на заготовительную стадию и тем самым снижать долю затрат на механическую обработку. В большинстве случаев производительность заготовительных цехов на порядок выше производительности цехов механической обработки.

По мере усложнения конфигурации заготовки (приближение ее формы к форме готовой детали) и повышения ее точности усложняется, а, следовательно, удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и увеличивается стоимость заготовки. Однако, при этом снижаются в последующем затраты и трудоемкость на механическую обработку. Заготовки простой формы в последующем требуют больших затрат и расходов материала, поскольку объем механической обработки возрастает.

В машиностроении существуют пять методов изготовления заготовок.

отделение (отрезание, вырезание) от сортового проката (прутка, листа, шестигранника и т. д);

обработка давлением (ковка, штамповка и т. д.);

литье (в земляные и песчаные формы, в кокиль, в оболочковые формы, под давлением и т. д.);

порошковая металлургия;

комбинированные способы получения заготовок (штампосварные, литосварные и т. д.), в которых сварка служит соединением различных частей заготовки, предварительно полученных одним из перечисленных выше способов.

Для отделения заготовки от листа может использоваться один следующих способов:

газовая (аценилено-кислородная, кислородно-флюсовая или плазменно-дуговая) резка из листового проката толщиной до 100 ….200 мм, обеспечивающая точность при ручном вырезании ± (4 … 10) мм, а при машинном вырезании ± (1 … 2) мм;

резка на пресс-ножницах с прямыми и фасонными ножами позволяет с точностью ± (1 … 6) мм отрезать заготовки от листа толщиной до 25 мм, а также от квадратного и круглого проката диаметром до 200 мм;

резка на гильотинных ножницах с точностью ± (0,25 … 3) мм листов толщиной до 20 мм;

резка на дисковых ножницах с точностью ± (0,25 … 0,6) мм листов толщиной до 20 мм.

Отрезание заготовок от круглого проката может осуществляться различными способами: на механических или гидравлических прессах, на дисковых или ленточных пилах, на приводных ножовках, на фрезерно-отрезных, токарно-отрезных, абразивно-отрезных станках и установках. На токарно-отрезных станках чаще всего отрезают трубы с точностью ± (0,3 … 4) мм.

Заготовки из круглого проката применяются в основном в мелкосерийном производстве или в тех случаях, когда разница в диаметрах ступеней детали мала (ходовые винты, риф-цилиндры прядильных машин и т. д.).

Изготовление заготовок пластическим деформированием (давлением) реализуется ковкой, штамповкой и другими способами (рис. 14.1). Ковкой получают заготовки относительно простой формы со значительными припусками.

а б

в

г

д е

Рис. 14.1. Заготовки, получаемые ковкой: а – вал; б – шток; в – заготовка для

крышки; г – рычаг; д – вилка; е – коленчатый вал.

Применение подкладных штампов позволяет получать заготовки с относительно сложной формой и повышать их точность Свободная ковка применяется, главным образом, в условиях мелкосерийного производства и для получения заготовок массой до 250 кг. Точность кованных заготовок составляет 19-20 квалитет (IT19 – IT20).

В целях снижения трудоемкости свободной ковки заготовки должны ограничиваться плоскими и (или) цилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические или клиновые формы поковок, пересечение цилиндрических поверхностей. Односторонние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя ковкой выполнять ребра жесткости.

При изготовлении заготовок горячей штамповкой используются следующие способы: штамповка в открытых или закрытых штампах; штамповка выдавливанием и прошивкой; штамповка в штампах с разъемными матрицами на прессах или горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); штамповка на ковочных вальцах; штамповка на радиально обжимных машинах (ротационная ковка); штамповка с комбинированием нескольких способов.

Штамповка в открытых штампах позволяет получать заготовки, форма которых существенно приближается к форме готовой детали. Однако, при такой штамповке невозможно получить углубления и отверстия в направлении, перпендикулярном ходу молота или пресса. Их можно получать при штамповке в разъемных матрицах на ГКМ.

Точность изготовления заготовок в открытых штампах от группы ее материала, массы и степени сложности. К первой группе относятся стали с содержанием углерода менее 0,45 % и легирующих элементов 2 %. Другие стали относятся ко второй группе. Различают четыре степени сложности поковок в зависимости от величины коэффициента С, который равен

, (14.1)

где G_пок, G_фиг – массы соответственно поковки и простой фигуры, в которую вписывается поковка.

Для первой степени сложности С = 0,63...1,0; для второй С = 0,32… 0,63; для третьей С = 0,16…0,32; для четвертой С < 0,16.

Допуски на изготовление заготовок из материалов второй группы в открытых штампах на 20…30 % больше допусков на изготовление заготовок из материалов первой группы. Допуски на изготовление заготовок четвертой степени сложности в открытых штампах на 30…40 % больше, чем допуски на заготовки первой степени сложности. Поковки, полученные в закрытом штампе, на один квалитет точнее заготовок, полученных в открытом штампе. С увеличением массы заготовок с 10…20 кг до 100…160 кг их точность при изготовлении в открытых штампах снижается на два квалитета. Для повышения точности штампованных заготовок после горячей объемной штамповки их подвергают горячей или холодной калибровке. После калибровки точность увеличивается на 3…5 квалитетов, а параметр шероховатости Rа уменьшается в 4…6 раз (до Rа = 2,5…0,8 мкм).

Некоторые заготовки, полученные холодной объемной штамповкой выдавливанием и холодной высадкой, показаны на рис. 14.2.

Характеристики точности и качества поверхности при получении заготовок давлением массой от 10 до 20 кг приведены в табл. 14.1.

Среди отливок примерно 80 % занимают отливки, полученные литьем в песчаные формы. Этот способ является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритным размерам отливок. Специальные способы литья позволяют существенно повышать качество отливки и уменьшать объем механической обработки, но при этом значительно повышается стоимость отливок.

а б в г

Рис. 14.2. Типовые заготовки, полученные холодной штамповкой выдавливанием

(а, б) и холодной высадкой (в, г)

Таблица14.1

Точность размеров и шероховатость поверхности стальных поковок

Способ обработки давлением	Квалитет точности	Параметр Rа, мкм
Свободная ковка: стержней, валов, дисков полых валов и цилиндров
18…19	30…60
19…20	30…60
Штамповка:
в открытых штампах	16…17	6…12
с горячей калибровкой	13…16	1…2,5
на ГКМ	13…15	2,5…5
ротационная ковка	10…12	1,0…2,5
холодная объемная штамповка выдавливанием	8…11	0,8…1,6
холодная высадка	8…9	0,8…2,5

По конфигурации отливки делятся на пять групп сложности.

К первой группе относятся отливки простой геометрической формы с наличием невысоких ребер, бобышек, фланцев, выступов и углублений. Наружные поверхности формируются без стержней или съемных частей. Внутренние полости неглубокие и выполняются преимущественно простым стержнем.

Ко второй группе относятся отливки в виде сочетания простых геометрических тел (плит, цилиндрических или открытых коробчатых форм). Наружные поверхности таких отливок плоские или криволинейные при наличии ребер, бортов, бобышек, фланцев, углублений и отверстий простой конфигурации. Внутренние полости простые, большой протяженности или высокие. Для выполнения отдельных частей отливки применяются стержни.

К третьей группе относятся отливки открытой коробчатой или другой формы. Плоские и криволинейные наружные поверхности имеют нависающие части, ребра, бобышки и фланцы с отверстиями и углублениями относительно сложной конфигурации. Внутренние полуоткрытые полости представляют собой сочетание простых фигур, которые имеют большую протяженность или высоту.

К четвертой группе относятся отливки закрытой и частично открытой коробчатой и цилиндрической формы. Наружная поверхность такая же как у отливок третьей группы. Многие части отливок выполняются в виде стержней. Внутренние элементы отливки имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями, расположены в один-два яруса и имеют один или два свободных выхода.

К пятой группе относятся отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности имеют сложную геометрическую форму с примыкающими и пересекающимися конструктивными элементами. В процессе изготовления могут применяться стержни. Внутренние поверхности также имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под разными углами и имеют выступы и выемки.

Точность отливок и шероховатость поверхностей, получаемых различными способами литья приведены в табл. 14.2

Таблица 14.2

Точность размеров и шероховатость поверхностей отливок

Способ литья	Квалитет точности, параметр шероховатости Rа для материалов
Легкие цветные сплавы	Чугун серый	Чугун ковкий, сталь
квалитет	параметр Rа, мкм	квалитет	параметр Rа, мкм	квалитет	параметр Rа, мкм
Под давлением	11…13	До 0,63	12…14	>1,25	-
В керамические формы и по выплавляемым моделям	12…14	1…2,5	13…15	2,5…5	14…15	2,5…5
В кокиль и оболочковые формы	13…17	2,5…5	14…17	5…10	15…18	10…20
В песчано-глинистые формы и центробежное	14…18	5…10	15…19	10…20	16…20	10…20

Рассмотрим, например, последовательность выбора заготовки для коленчатого вала (см. рис. 14.1, е). Принимаем материал коленчатого вала – сталь 45, но на основании больших исследований, проведенных НИИкомпрессоростроения по применению чугунных коленчатых валов для компрессоров средней мощности, предлагается использовать высокопрочный чугун ВЧ- 50 ГОСТ 1412-85. Масса детали 4,6 кг.

Литые чугунные заготовки для коленчатых валов имеют существенные преимущества по сравнению с коваными и штампованными стальными заготовками для валов:

― возможность получения рациональных конструктивных форм;

― более высокий (в 1,5...3 раза) коэффициент использования металла (КИМ) за счет меньшего количества снимаемой стружки;

― меньшие затраты труда на обработку;

― возможность не подвергать термообработке (ТМО) шатунные шейки коленчатых валов из высокопрочного чугуна, так как антифрикционные свойства его настолько высоки, что износ шеек без ТМО меньше, чем у стальных с закалкой;

― меньшая чувствительность чугуна к концентрации напряжений, особенно в переходных зонах.

Литые чугунные валы широко применят в автотракторной промышленности. Заготовки коленчатых валов подвергают нормализации для
получения заданного качества материала для снятия внутренних напряжений. Режим нормализации: загрузка в печь при 450ºС; нагрев до 950ºС; выдержка в печи в течение трех часов; охлаждение с печью до 640ºС; охлаждение на воздухе. После термической обработки заготовки очищают от окалины методом дробеструйной или пескоструйной обработки.

Для уменьшения припусков на механическую обработку назначаем точность отливки по первому классу. При этом возможен механизированный выем заготовок из форм. Допустимые отклонения размеров отливок для заготовок габаритами до 500 мм составляют 0,4 мм, формовочные уклоны наружных поверхностей моделей – до 1º, радиусы закруглений – до 3 мм. Стойкость оболочковых форм до 100 тыс. съемов.

По прейскуранту оптовых цен сложность отливки можно отнести ко второй группе сложности.

Рекомендуемые допуски размеров при литье в кокиль для высокопрочного чугуна – 1Т15, шероховатость поверхности R_z = 80 мкм. Для такой точности отливок допуск на размер до 50 мм составляет 1 мм, а для размеров 50...80, 80...120, 120...180, 180...250, 250...315, 315...400 – соответственно 1,2; 1,4; 1,6; 1,85; 2,1; 2,3.

При формовании элементов отливки предложено применить вид разъема формы ВР-2.

На основании вышеперечисленных данных сконструирована заготовка коленчатого вала, выполненная из высокопрочного чугуна.

Минимальные припуски на основные размеры существенно сократят затраты на механическую обработку.

После литья целесообразно проводить галтовку деталей. Облой, остающийся после литья, следует обрубить штампом на провал по наружному контуру. Сложные поверхности можно зачистить от облоя с помощью борфрезы.

Выбор экономичного способа производства заготовки выполняем на основе стоимостной оценки вариантов ее изготовления – литьем и штамповкой.

Исходные данные:

годовая программа выпуска детали – 300 тыс. шт.

масса готовой детали – 4,6 кг.

Произведем оценку вариантов изготовления детали из штампованной и литой заготовки.

Коэффициент использования материала:

К _им = G _д/ G _з, (14.2)

где G _д и G _з – масса детали и заготовки.

а) при штамповке масса заготовки будет равна 6,4 кг:

k _им = 4,6/6,4 = 0,72;

б) при литье под давлением масса заготовки равна 5,16 кг:

k _им = 4,6/5,16 = 0,89.

Таким образом, при литье под давлением коэффициент использования металла выше, чем при штамповке, поэтому по первому варианту конструкция заготовки технологичнее и ниже ее себестоимость.

Рассчитаем годовую экономию материала заготовки при использовании литой заготовки по формуле

D G = (G _ш – G _л) N _г , (14.3)

где G _ш – масса заготовки штампованной, кг;

G _л – масса заготовки литейной, кг;

N _г – годовой объем выпуска деталей, шт.

Подставив значения в формулу, получим

D G = (6,4 – 5,16) 300 000 = 372 000 кг.

Дата добавления: 2014-01-07