Виды исходных заготовок

штучные

кратные

со сборкой

без сборки

с разделением

на штучные

без

разделения

сварные конструкции

штампованные заготовки

поковки

отливки

сварка

штамповка объёмная и листовая

ковка свободная и машинная

литьё в разовые и многоразовые литейные формы

механическое разделение

прокатка, волочение, прессование

Основные методы (способы) получения заготовок

Рис. 1.5.2. Основные виды исходных заготовок, методы и способы их получения

Штучными являются заготовки, из которых можно изготовить не более одной детали.

Кратными являются протяжённые заготовки стандартного регулярного профиля, из которых можно получить более одной заготовки, путём механического разделения (резанием или давлением).

И у штучных, и у кратных заготовок есть свои преимущества и недостатки. Кратные – удобнее штучных с точки зрения подачи в зону обработки автоматизированным путём. Зато кратные, в отличие от штучных заготовок, имеют меньшую жёсткость конструкции и большую кривизну по длине. Кроме того, у них, как правило, небольшой коэффициент использования материала.

В пределах каждой группы имеются виды заготовок, полученные различными методами и способами. Под способами, в данном случае, мы понимаем различные технологии получения заготовок, объединённые общим технологическим методом.

Основными методами получения исходных заготовок являются литьё, обработка давлением и сварка.

Рассмотрим каждый из методов по схеме:

сущность метода – состав основных элементов системы «СПИЗ» – достоинства и недостатки – требования к технологичности заготовок – основные способы.

Литьё

Сущность метода

Сущность метода, которым получают 40 % 9 всех заготовок, заключается в следующем:

а) получение жидкого сплава требуемого состава при точном соблюдении технологического режима (под технологическим режимом 2 понимается совокупность параметров ТП (в данном случае, ТП литья) в определённом интервале времени);

б) заливка расплава в заранее приготовленную литейную форму (разовую или многоразовую, разъёмную или неразъёмную), полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали);

в) охлаждение заготовки с сохранением конфигурации полости формы;

г) извлечение из формы и очистка отливки.

Общая схема получения отливки представлена на (рис. 1.5.3):

Изготовление модели и стрежневого ящика

Приготовление формовочной смеси

Приготовление стержневой смеси

Плавка металла

Изготовление форм

Изготовление стержней

Сушка форм

Сушка стержней

Сборка литейных форм и заливка форм

Выбивка отливки из форм

Выбивка стержней из отливок

Контроль отливок

Обрубка и очистка литья

Рис. 1.5.3. Общая схема получения отливки

Состав основных элементов системы «СПИЗ» при литье:

• Станки (оборудование): литейные машины, машины для приготовления формовочных смесей и стержней (дробильно-размольное оборудование, установки для сушки, сепараторы, смесители), плавильные печи, сушильные печи, печи для термообработки литейных форм и отливок и т.д.

• Приспособления: модельные плиты, опоки, литниковые системы, литейные ковши и т.д.

• Инструменты: литейные формы, стержни.

• Заготовки. В строгом смысле слова заготовок при литье нет, поскольку на вход поступают не предметы труда, а бесформенный материал в расплавленном состоянии.

Достоинства литья:

1. Высокий коэффициент использования материала (КИМ).

2. Универсальность в отношении массы, габаритных размеров, сложности, точности и шероховатости отливок.

3. Возможность формообразования из материалов, не поддающихся пластической деформации и труднообрабатываемых резанием.

Недостатки литья:

1. Структура материала отливки, её механические и технологические свойства хуже, чем у заготовки, полученной обработкой давлением.

2. Ограничение по материалам (в виду отсутствия у некоторых материалов литейных свойств).

Примечание. Отмечая достоинства и недостатки литья, надо понимать, что речь идёт о методе литья в целом, т.е. о наиболее характерных его признаках в сравнении с другими методами. При этом каждый отдельный способ литья обладает спецификой, которая может отличаться от общей картины. Например, КИМ литья в землю меньше, чем после штамповки, а при литье под давлением выше, чем при прокатке или ковке.

Требования к технологичности отливок

Отливку считают технологичной, если её конструкция соответствует общим принципам обеспечения заготовок при литье и сложившимся конкретным производственным условиям.

Высокое качество отливки обеспечивают: использование литейного сплава с высокой жидкотекучестью и малой усадкой, а также оптимальная конфигурация отливки, благодаря чему возможно применение простой литейной формы.

В конструкции отливки необходимо также учитывать реальные производственные возможности: наличие определённого оборудования для подготовки сплава и формирования отливки при заданном объёме выпуска продукции.

Необходимо подчеркнуть, что технологичность отливки зависит не только от общих требований к изделию, получаемому литьём, но и от конкретного способа литья и особенностей выполнения данного способа в конкретном производстве.

Особое внимание в конструкциях отливок уделяется толщинам стенок, рёбрам жёсткости, переходам, сопряжениям и радиусам закруглений.

Например, необходимо стремиться к равностенности. Это обеспечивает равномерность охлаждения материала отливки и, как следствие, равномерность усадки, отсутствие трещин и раковин.

Наряду с равностенностью необходимо стремиться к тонкостенности, благодаря которой увеличивается скорость кристаллизации сплава, создаётся равномерная мелкозернистая структура и повышаются механические свойства отливок. Во избежание трещин в местах сопряжения стенок и в острых углах отливок необходимо делать радиусы скруглений. В зависимости от способа литья значения радиусов скруглений и толщины стенок различны.

Основные способы литья

• Литьё в песчано-глинистую форму, или в землю (рис. 1.5.4).

Рис. 1.5.4. Эскиз отливки (а) и литейная форма (б) для получения отливки в землю:

1 – стержень (для образования в отливке полости);

2 – нижняя опока (для создания литейной полуформы);

3 – штырь (для скрепления полуформ);

4 – верхняя опока (для создания литейной полуформы);

5 – выпор (для отвода газов);

6 – литниковая чаша (для уменьшения струи расплава и отделения шлака);

7 – стояк (для направления расплава в питатель);

8 – шлакоуловитель;

9 – питатель (для направления расплава в литейную форму)

Самый универсальный способ в отношении размеров, массы, формы и материалов отливок. Имеет малую стоимость, но трудоёмок, плохо поддаётся автоматизации, использует одноразовые литейные формы, обеспечивает невысокую точность, грубую шероховатость и значительные припуски на последующую механическую обработку (под припуском 2 понимается слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности).

Наиболее рационален в условиях единичного и мелкосерийного производства.

• Литьё по выплавляемым моделям (рис. 1.5.5).

Рис. 1.5.5. Пример типового ТП получения отливки литьём по выплавляемым моделям

1 – металлическая разъёмная пресс-форма;

2 – электропечь для приготовления лёгкоплавкого модельного состава (парафина и стеарина);

3 – пресс-форма, заполненная лёгкоплавким сплавом;

4 – лёгкоплавкая модель;

5 – блок моделей с общей литниковой системой;

6 – блок моделей, покрытый огнеупорной керамической оболочкой;

7 – блок оболочек, установленный в жаростойкую опоку после выплавления моделей горячим воздухом, паром или водой, готовый к заливке расплавом;

8 – заготовка после остывания, разрушения оболочки и отрезки от литниковой системы

Универсальный способ в отношении сложности конструкции и материала отливок (можно получить отливки из металла с низкими литейными свойствами). Качество отливок высокое.

Однако является самым трудоёмким способом литья, предполагает одноразовые литейные формы для получения отливок малых размеров. Из-за высокой стоимости применяется в средне-, крупносерийном и массовом типах производства.

• Литьё в оболочковые формы (рис. 1.5.6).

Рис. 1.5.6. Схема получения оболочковых форм:

а) нагрев в печи металлической плиты с моделями;

б) установка плиты в бункер с формовочной смесью;

в) поворот бункера, выстой и образование оболочковой формы;

г) возвращение бункера в исходное положение;

д) термообработка оболочек в печи;

е) снятие оболочки с плиты и скрепление её с другой такой же оболочкой

Литьё в оболочковые формы обеспечивает производительность получения отливок несложной формы, малый расход формовочных материалов и возможность автоматизации. Использует одноразовые литейные формы, токсичен из-за состава формовочной смеси. Отливки имеют высокую себестоимость, что делает наиболее рациональными для такого литья средне- и крупносерийное типы прпоизводства.

• Литьё в кокиль (рис. 1.5.7).

Рис. 1.5.7. Пример конструкции кокиля с вертикальной линией разъёма:

1, 4 – две полуформы; 3, 15 – штыри и 6 – втулки для центрирования двух полуформ;

2 – выпор для удаления газов; 5 – стержень для образования полости;

7 – приливы для крепления кокиля к станку; 8 – литник;

9 – отверстия под выталкиватели; 10 – рабочая полость кокиля

Обладает высокой производительностью, использует многоразовые металлические литейные формы, предрасположен к автоматизации, улучшает технологические свойства исходного материала за счёт повышения его плотности и мелкозернистости.

Имеет ограничения на сложность, тонкостенность и материал отливок (малая стойкость кокилей при заливке стали и чугуна). Имеет высокий процент брака из-за литейных дефектов и высокую стоимость. Применяется в крупносерийном и массовом производстве.

• Литьё под давлением (рис. 1.5.8).

Рис. 1.5.8. Пример литья под давлением на машинах с горизонтальной камерой сжатия:

I – залив металла в окно 3 камеры сжатия ковшом 4;

II – заполнение металлом под давлением поршня 5 пресс-формы 1;

III – извлечение металлического стержня 2 из пресс-формы после затвердевания металла и удаление отливки выталкивателем 6.

Самый производительный способ литья. Универсален в отношении сложности конструкции отливок (возможно получение в отливке наружной резьбы). Малый процент брака, высокое качество и многократное использование металлических литейных форм. Пригоден к автоматизации. Однако имеет ограничения на материал (льются только цветные сплавы).

Применяется для лёгких отливок малых размеров. Возможно появление воздушной пористости в массивных частях отливки. Трудности с получением сложных внутренних полостей.

Из-за высокой стоимости применяется в крупносерийном и массовом производстве, иногда в среднесерийном производстве.

• Центробежное литьё

Своеобразие способа – в отсутствии литниковой системы и стержней. Внешняя поверхность оформляется вращающейся формой, а внутренняя получается под действием центробежных сил (рис. 1.5.9).

Рис. 1.5.9. Схемы центробежного литья: с горизонтальной осью вращения (а) и вертикальной осью вращения (б)

Данный способ позволяет получать многослойные отливки. Улучшает технологические свойства исходного материала за счёт мелкозернистости и отсутствия пористости из-за действия центробежных сил. Не позволяет получить отверстия точных размеров.

На Новосибирском приборостроительном заводе применяются три способа литья: в землю, по выплавляемым моделям и под давлением.