Выбор рационального способа изготовления отливок

Одну и ту же деталь можно изготовить из отливок, полученных различными способами литья, причём зачастую технические требования, предъявляемые к конкретной отливке, могут быть обеспечены разными способами литья с одинаковой надёжностью. Поэтому при выборе оптимального способа получения отливок, как правило, требуется проводить сравнительный анализ возможных вариантов литья и их технологических показателей, ориентировочно представленных в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Технологические возможности основных способов литья

Показатель	Литьё в песчаные формы	Литьё в оболочковые формы	Литьё по выплавляемым моделям	Литьё в кокиль	Литьё под давлением	Центробежное литьё
Максимальная масса отливки, кг				7000 – чугун; 4000 – сталь; 500 – цв. сплав
Максимальный размер отливки, м	Любой	1,5	1,0	2,0	1,2	6,0
Минимальная толщина стенки, мм	3,0	2,0	0,5	3,0	0,5	4,0
Наивысшая группа сложности
Возможный класс размерной точности
Наименьшая шероховатость поверхности Rz, мкм
Минимальный припуск на механическую обработку, мм	0,3	0,2	0,0	0,3	0,2	0,3
Средний КИМ, %
Относительная себестоимость единицы массы отливки	1,0	1,8	2,8	1,4	1,9	0,7
Экономически оправданное минимальное количество, штук	Любое

На начальном этапе решения задачи выбора оптимального способа литья следует учитывать наиболее важные критерии, к которым относятся: 1) количество (размер партии; программа выпуска) изготавливаемых изделий; 2) масса и размеры отливки; 3) сложность формы отливки; 4) требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности; 5) технологические свойства материала отливки.

Количество. В условиях крупносерийного или массового производства рентабельны способы литья с применением металлических или оболочковых форм. Но если необходимо изготовить одну или всего несколько отливок (единичное производство), то нерационально изготавливать для этого дорогостоящий кокиль или использовать дорогостоящее литьё по выплавляемым моделям. Поэтому в данном случае может окупиться и является наиболее рациональным применение литья в песчаные формы, для которого можно использовать недорогие деревянные модели.

Масса и размеры отливки. Необходимость изготовить чугунную отливку массой 20000 кг сразу же предопределяет выбор литья в песчаные формы. При массе чугунной отливки 5000 кг уже можно рассматривать и вариант её изготовления литьём в кокиль. Если масса чугунной отливки типа тела вращения – 500 кг, а длина – 5 м, то литьё в кокиль не подойдёт из-за габарита отливки, и надо рассматривать возможность её изготовления либо литьём в песчаные формы, либо центробежным литьём. Если полая отливка из цветного сплава имеет толщины стенок или рёбер жёсткости 0,5 мм, то следует сопоставлять возможности применения литья по выплавляемым моделям и литья под давлением.

Сложность формы отливки. В зависимости от конфигурации, размеров, массы, необходимого количества стержней и особых технических требований отливки делят на шесть групп сложности. Наиболее простые отливки относят к первой группе, которая характеризуется гладкими и прямолинейными наружными поверхностями с наличием невысоких усиливающих рёбер, фланцев, отверстий, а также внутренними поверхностями простой формы. Типовые изделия – крышки, фланцы, муфты, колёса вагонеток. Самые сложные отливки относят к шестой группе, которая характеризуется криволинейными наружными поверхностями, имеющими рёбра, кронштейны и фланцы значительной протяжённости, пересекающиеся друг с другом под различными углами, а также внутренние полости особо сложной конфигурации с затруднёнными выходами на поверхность отливки. Типовые изделия – станины специальных металлорежущих станков, сложные корпуса насосов, рабочие колёса гидротурбин.

Самые сложные отливки можно получить литьём в песчаные формы, а литьём в кокиль изготовляют наиболее простые формы, также как и центробежным литьём, которое, к тому же, используют, как правило, для изготовления отливок типа тел вращения.

Требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности. Если выбранный способ литья обеспечивает получение отливок с заданной точностью размеров и шероховатостью поверхности, то это может исключить необходимость механической обработки этой поверхности и позволить сохранить литейную корку, которая обладает повышенными твёрдостью, усталостной прочностью и износостойкостью, что может быть исключительно важно для некоторых видов изделий. К тому же высокоточное литьё, дающее минимальные припуски на механическую обработку, экономит металл и снижает общую трудоёмкость изготовления. Однако при этом увеличиваются расходы на литейное оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому, строго говоря, при выборе метода получения отливки следует проводить технико-экономический анализ не одного (литейного), а двух этапов производства – заготовительного (литейного) и механообрабатывающего. При этом может оказаться, что, несмотря на следование основополагающему принципу максимального повышения КИМ и снижения объёма механической обработки, в целом применение более сложного и дорогостоящего способа литья будет экономически невыгодным.

Приведём поясняющий пример. Допустим, при получении отливки литьём в песчаную форму её стоимость составляет 20 руб. Низкая точность и чистота поверхности этого вида литья обуславливают значительный объём окончательной механической обработки, стоимость которой оставляет 30 руб. Таким образом, в этом случае стоимость детали составит 50 руб. При использовании литья по выплавляемым моделям за счёт значительного повышения точность и чистоты поверхности, а также снижения припусков втрое сокращается необходимый объём окончательной механической обработки, стоимость которой составит уже только 10 руб. Поскольку меньше металла надо удалять в стружку, то будет достигнута и экономия на металле, необходимом для производства данной детали, которая составит, скажем, 6 руб. Однако стоимость отливки, полученной литьём по выплавляемым моделям в 2,8 раза превышает стоимость её получения литьём в песчаные формы, т.е. составит 56 руб. Таким образом, в целом при использовании литья по выплавляемым моделям будем иметь стоимость детали 56+10–6=60 руб. Следовательно, производимая деталь станет на 10 рублей дороже, т.е., несмотря на получение целого ряда плюсов от замены литья в песчаные формы на литьё по выплавляемым моделям, в данном случае такая замена будет экономически невыгодной.

Технологические свойства материала отливки. Допустим, отливка по своей форме и другим показателям хорошо подходит для литья в кокиль. Однако если её материал обладает высокой усадкой, то от литья в кокиль придётся отказаться, чтобы избежать получения непригодных изделий из-за трещин и усадочных раковин. А при изготовлении отливки из высоколегированной стали, характеризующейся низкой жидкотекучестью, обычно следует применять литьё по выплавляемым моделям, но не литьё в кокиль или песчаную форму.

Иногда к получаемым отливкам предъявляют требования обеспечения определённой, например, равномерной мелкозернистой, структуры, что также диктует определённый выбор способа литья. Для уникальных специзделий (например, космического корабля) определяющей может являться не экономическая целесообразность, а гарантированное получение необходимых служебных характеристик детали. В этом случае вполне возможно затратное изготовление кокиля или пресс-формы для производства всего одной отливки.

Производственные возможности предприятия. Выбор способа получения отливки в условиях конкретного действующего предприятия следует согласовывать с его производственными возможностями. Допустим, предприятию необходимо изготовить 100 штук чугунных труб с фланцем, аналогичных показанной на рис. 3.20. Для этого наиболее хорошо подходит способ центробежного литья. Но у данного предприятия нет машины центробежного литья, нет свободных площадей для её установки и нет персонала, обученного работе на такой машине, её обслуживанию и ремонту. Кроме того, неизвестны перспективы по дальнейшему производству аналогичных изделий, т.е. неизвестно, будет ли машина центробежного литья использоваться и далее. Но зато на предприятии хорошо освоено универсальное литьё в песчаные формы. Поэтому в данном случае будет более рациональным изготовить необходимые отливки менее технологичным, но уже хорошо отработанным способом литья, чем заниматься требующим времени и средств приобретением нового оборудования, поиском площадей для его размещения, а также обучением обслуживающего персонала.

Таким образом, выбор рационального способа изготовления отливок является многокритериальной задачей, оптимальное решение которой зависит от многих конкретных факторов.

Дата добавления: 2014-01-07