ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО МЕТОДУ СИНТЕЗА

Потери металла в стружку при механической обработке также зависят от исходных заготовок и составляют 30 —50 % для прутков стального прока­ та, 30 —45 % для поковок, 10 —30 % для штамповочных поковок, 15 —20 % для чугунных отливок в песчаные формы и 10 —15 % для оболочкового ли­ тья. Потери металла в стружку частично компенсируются при ее переплавке, однако 20 % металла стружки уходит на угар, часть улетучивается при окислении, теряется при транспортировке.

6.1.2. Характеристики методов получения заготовок Литье

Для получения отливок в машиностроении наиболее широко применя­ ются следующие сплавы:

- серые чугуны (содержание углерода С 2,5 - 3,7 %), например СЧ10, СЧ15, ..., СЧ40, СЧ45 (число означает предел прочности при растяжении в кгс/мм2);

- ковкие чугуны (получают из белого чугуна, содержащего до 4 % уг­ лерода, путем длительного отжига), например КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, ..., КЧ60-3, КЧ63-2 (первое число - предел прочности при растяжении, второе - относи­ тельное удлинение в процентах);

- высокопрочные чугуны (получают при модифицировании серого чугуна магнием или церием), например ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ100-2, ВЧ120-2 (числа такие же, как для ковких чугунов);

- углеродистые стали обыкновенного качества (С < 0,8 %) группы А, поставляемые по механическим свойствам, например СтО, Ст1кп, Ст2пс, Ст4кп,..., Стбсп; группы Б, поставляемые по химическому составу, например БСт2кп, БСтЗ,..., БСтб; группы В, поставляемые по механическим свойствам и химическому составу, например ВСт1, ВСтЗкп,..., ВСт4кп (цифры 0-6 ука­ зывают условный номер в зависимости от химического состава и механиче­ ских свойств, буквы после номера марки указывают степень раскисления: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная);

- углеродистые качественные конструкционные стали (С £ 0,85 %), например 08, Юкп,..., 40, 45,.... 60, 85пс (двузначное число - среднее содер­ жание углерода в сотых долях процента, кп - кипящая, наименее раскислен­ ная и дешевая сталь, пс - полуспокойная, отсутствие букв означает спокой­ ную, наиболее раскисленную и дорогую сталь);

- инструментальные стали подразделяют на качественные: У7, У 8,..., У12, У13 и высококачественные: У7А, У 8А ,..., У12А, У13А (число указыва­ ет содержание углерода в десятых долях процента, буква А обозначает высо­ кокачественную сталь);

- легированные стали, например 15ХГН2ТА, 38ХА, 45Х, ЗОХГСА - Ш, 38Х2Ю, 40ХМФА (буква А - высококачественная, буква Ш через тире - особовысококачественная, Г - марганец, М - молибден, Н - никель, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ю - алюминий, первые 2 цифры - содержание углерода в сотых долях процента, цифра после букв - содер­ жание легирующего элемента в целых единицах, отсутствие цифры означает содержание элемента до 1,5 %);

- сплавы алюминиевые литейные, например АЛ1, АЛ2, АЛ6, АЛ8, АЛ21 (цифра указывает условный номер основы - основного компонента Mg, Си, Si или Zn);

- магниевые литейные сплавы, например МЛЗ, МЛ4, МЛ8, МЛ 12,

МЛ19;

- литейные латуни, например Лц40С, Лц40Мц1.5, ЛМцЖ55-3-1, ЛК80-ЗЛ;

- литейные бронзы, например БрА9Мц2Л, БрА9ЖЗЛ, БрСЗО. Рассмотрим методы получения отливок. Характеристики заготовок

приведены в 'габл. 6.1.

Метод литья в песчано-глинистые формы применяют для всех литей­ ных сплавов, типов производств, заготовок любых масс, конфигураций и га­ баритов. В общем объеме производства отливок литьем в песчано-глинистые формы получают 80 % всех отливок. Метод отличается большим грузопото­ ком формовочных материалов, большими припусками на механическую об­ работку, в стружку уходит 15 - 25 % металла от массы заготовки.

Литьем в оболочковые формы получают заготовки сложной конфигу­ рации. Часть поверхностей заготовки не требует механической обработки, остаточные напряжения в отливке незначительные. Расход формовочных ма­ териалов меньше в 10 - 20 раз, чем при литье в песчано-глинистые формы. В то же время работа с горячими металлическими моделями представляет оп­ ределенную сложность, является дорогой.

Литьем по выплавляемым моделям изготовляют сложные и точные за­ готовки из труднодеформируемых и труднообрабатываемых сплавов с высо­ кой температурой плавления. Этот метод отличается самым длительным и трудоемким ТП среди всех методов литья. Экономичность метода достигает­ ся правильно выбранной номенклатурой отливок, особенно когда требования к шероховатости поверхности и точности размеров могут быть обеспечены в литом состоянии и необходима механическая обработка только сопрягаемых поверхностей. Применение заготовок, полученных литьем по выплавляемым моделям, вместо штампованных снижает расход металла до 55 - 75 %, трудо­ емкость механической обработки - до 60 %.

Характеристики заготовок

сти. Этим методом производят сложные тонкостенные отливки из сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца, цветных сплавов на основе меди, алюминия и магния. Сочетание в процессе литья ме­ таллической формы и давления на жидкий металл позволяет получать отлив­ ки с прочностью на 15 - 20 % большей, чем при литье в песчано-глинистые формы. Механической обработке подвергают только посадочные места и по­ верхности сопряжения. Основными преимуществами метода являются полу­ чение отливок с толщиной стенок менее 1 мм и возможность автоматизации процесса. Метод требует применения дорогих пресс-форм, изготовляемых по 6 - 8-му квалитетам.

При центробежном литье жидкий металл заливают во вращающуюся литейную форму. Она вращается в течение всего времени кристаллизации металла отливки. При л ом металл цензробежноЙ силой прижимаемся к сченкам формы, что обеспечивает получение плотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и шлак, обладающие меньшей плотностью, в результате сепарации вытесняются во внутренние полости отливки и затем их удаляют механической обработкой. Этот метод применяют при изготовлении отливок, имеющих форму тела вращения. Использование высокопроизводительных установок, отсутствие стержней намного повышают производительность труда, а отсутствие литниковой системы и прибылей экономит металл. Этот метод позволяет получать двухслойные (биметаллические) отливки, пооче­ редно заливая форму различными сплавами.

Штамповка жидкого металла - разновидность литья под давлением. Сущность метода состоит в том, что жидкий металл подается в металличе­ скую форму, где под давлением пуансона происходит его уплотнение. Метод позволяет получать тонкостенные заготовки корпусов, фланцев из цветных и черных металлов. При этом благодаря кристаллизации в условиях всесторон­ него сжатия устраняются газовые и усадочные раковины. Коэффициент ис­ пользования металла достигает 0,9 - 0,93.

Обработка давлением

Получение заготовок деталей при обработке давлением достигается пластическим перемещением (сдвигом) частиц металла. Наибольшей пла­ стичностью обладают чистые металлы. Сплавы в виде твердых растворов обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компоненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением со­ держания углерода в стали пластичность уменьшается. При содержании уг­ лерода свыше 1,5 % сталь с трудом поддается ковке. Кремний, хром и вольф­ рам понижают, а никель и ванадий повышают пластичность стали.

Из цветных сплавов наиболее часто применяются следующие: -сплавы алюминиевые деформируемые, например АДО, АД1, АД,

ММ, АМц, Д12, АМг1, АМгб, АД31, В65, АК4; -деформируемые латуни, например Л63, ЛС59-1, ЛЖС58-1-1,

ЛМц58-2, ЛАЖ60-1-1;

-деформируемые бронзы, например БрА5, БрАМц-9-2, БрАЖ9-4,

БрБМП Л БрКД1.

Основными видами обработки давлением являются ковка, горячая объемная штамповка, холодная штамповка, прокатка, комбинированные ме­

тоды, метод порошковой металлургии.

Ковка _ процесс деформирования нагретой заготовки между бойками молота или^ресса. Изменение формы и размеров заготовки достигается по­ следовательным воздействием бойков на различные участки заготовки. Ков­ кой получают заготовки массой от 0,1 кг до 350 т. Для уменьшения расхода металла при ковке заготовок партиями 30 - 50 шт. применяют кольца и под­ кладные штампы в зависимости от конфигурации детали. Это делает воз­ можным сокращение расхода металла на 1 5 - 2 0 %. Ковка имеет ряд пре­ имуществ. Она позволяет получать крупногабаритные заготовки последова­ тельным деформированием отдельных ее участков. В процессе ковки улуч­ шаются физико-механические свойства материала, особенно ударная вяз­ кость. Основными операциями ковки являются: осадка, протяжка, прошивка, рубка, гибка, закручивание.

Горячая объемная штамповка - процесс изготовления поковок в штампах, при котором течение нагретого металла в стороны во время дефор­ мирования ограничено поверхностями отдельных частей штампа. По сравне­ нию с ковкой объемная штамповка обеспечивает большую производитель­ ность (в 50 - 100 раз), большую однородность и точность поковок, благодаря чему уменьшается потеря металла в стружку, возможность получения поко­ вок сложной формы, высокое качество поверхности. К недостаткам ее отно­ сятся: сложность и дороговизна инструмента - штампа, ограниченность мас­ сы поковок (0,3 - 100 кг), так как усилия деформирования при штамповке выше, чем при ковке.

Различают объемную штамповку в открытых или закрытых штампах, а также в штампах для выдавливания. В зависимости от применяемого обо­ рудования выделяют штамповку на молотах, прессах, горизонтально­ ковочных машинах (ТКМ), на специальных машинах.

Штамповка выдавливанием является прогрессивным процессом объ­ емной штамповки. Метод обеспечивает снижение расхода металла на 30 %, точность размеров, соответствующую 12-му квалитету, плотную микро­ структуру, низкую шероховатость. Штамповку выдавливанием часто ведут на ГКМ, при этом материал заготовки может находиться как в горячем, так и в холодном состоянии. Недостатками метода являются высокая энергоем­ кость и низкая стойкость штампов.

Холодную штамповку подразделяют на объемную и листовую. Объ­ емной штамповкой получают заготовки с высокими физико-механическими свойствами благодаря холодному течению металла в штампе. Точность раз­ меров соответствует 12 - 15-му квалитетам, шероховатость Ra до 5 - 10 мкм. Основные виды холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, формовка и калибровка (чеканка).

углеродистые (литейные) - 1; чугуыы - 2; литейные цветные сплавы - 3; вы­ соколегированные стали и сплавы - 4; низколегированные стали - 5; легиро­ ванные стали - 6; автоматные стали - 7. Код группы используется для опре­ деления всех возможных видов заготовок. Второй уровень описывается ко­ дами подгрупп по материалам, имеющим близкие технологические свойства. Коды подгрупп материалов учитываются при определении затрат на черно­ вую механическую обработку. На последнем уровне кодируются конкретные материалы, и эта информация используется для определения оптовых цен за тонну заготовок и стоимости отходов металла.

Конструктивная форма (КФ) деталей представлена 11 видами (кода­ ми): 1 - вал сплошной с перепадом диаметров менее 10 мм; 2 - вал полый с перепадом менее 10 мм; 3 - вал с перепадом ступеней более 10 мм; 4 - втулка без ребер и выступов; 5 - втулка с выступами или ребрами; 6 - пространственные валы (например, коленчатые); 7 - детали типа рычагов; 8 - корпусные детали призматические; 9 - корпусные детали фланцевого типа; 10 —корпусные коробчатые сложные; 11 - корпусные простые детали.

Серийность производства (СГП кодируется следующим образом: еди­ ничное 1; серийное - 2; крупносерийное - 3; массовое - 4.

Масса детали (МД) кодируется по шести диапазонам: 1 - до 50 кг, 2 - от 50 до 100 кг, 3 - от 100 до 250 кг, 4 - от 250 до 3000 кг, 5 - от 3000 до 5000, 6 - свыше 5000 кг.

Размер заготовки оказывает влияние на выбор ее из проката; для ста­ ли, если диаметр заготовки (ДЗ) больше 250 мм, прокат не используется.

Для представления решения задачи виды заготовок (ВЗ) также целе­ сообразно закодировать: литье в песчаные формы - 1; центробежное литье - 2; литье под давлением - 3; литье в кокиль - 4; литье в оболочковые формы - 5; литье по выплавляемым моделям - 6; прокат - 7; поковка (полученная штамповкой) - 8; поковка (полученная ковкой) - 9; комбинированная (свар­ ная) заготовка -10.

Алгоритм выбора видов заготовки может быть представлен в виде таблиц решений с ограниченными входами TOl 1 и Т012.

По таблице TOl 1 выбирается вид заготовки в единичном производст­ ве для всех материалов. 1012 разработана для серийного, крупносерийного и массового производств с учетом трех групп материалов: углеродистые стали, чугуны, литейные цветные сплавы.

Согласно этим таблицам выбирается один или несколько возможных методов получения заготовки. Далее определяются доплаты за серийность, черновую механическую обработку, оптовые цены за тонну заготовки и стоимость отходов металла, точность заготовок и коэффициент использова­ ния материалов. После расчета стоимости заготовок, отходов и черновой об­ работки выбирается оптимальный вид заготовки.