Изготовление заготовок

Изготовление деталей машин и других металлических и неметал­лических изделий состоит в том, что их заготовкам различными ме­тодами придаются требуемые формы и размеры. Полуфабрикат, пред­назначенный для получения детали (изделия), называется заготов­кой.

Наиболее распространенными методами получения заготовок яв­ляются литье, обработка давлением (прокат, ковка, штамповка), сварка и механическая обработка (рис. 28). Выбор метода обработки производится в зависимости от свойств металлов, а также от величи­ны, формы и назначения изделий.

Методы и способы изготовления заготовок

Методы и способы изготовления заготовок

Обработка заготовок со снятием стружки (обработка на металлоре­жущих станках, слесарная обработка) значительно дороже других видов получения заготовок.

Слесарной обработке подвергают многие заготовки, изготовленные указанными методами. Поэтому для успешной работы необходимо знать технологию изготовления, возможные дефекты заготовок, чтобы при обработке принимать соответствующие меры.

Литейное производство

Сущность литейного производства заключается в том, что изделия или заготовки деталей машин получают путем заливки расплавленного металла в формы. Полученная литая деталь называется отливкой. Литые детали (отливки) изготовляют в литейном цехе. Последова­тельность операций изготовления отливки приведена на рис. 29.

Последовательность операций изготовления отливок

Последовательность операций изготовления отливок

В модельном цехе по чертежу детали (изделия — рис. 30,а) изготовляют модель, по внешнему виду соответствующую наружной форме отливаемой детали (рис. 30, в), и стержневой ящик (рис. 30, г).

Технология изготовления отливок

Технология изготовления отливок

При изготовлении модели вначале вычерчивают чертеж отливки (рис. 30, б), размеры которой увеличивают на величину припуска 1 на механическую обработку. По чертежу отливки изготовляют чер­теж модели; размеры модели увеличиваются на величину припуска на усадку металла. Для укрепления стержня в форме в модели предусма­тривается изготовление знака 2. Модели для удобства формовки чаще всего изготовляют из двух частей (рис. 30, в). В стержневом цехе в стержневом ящике 3 (см. рис. 30, г) из песка со связующими материалами изготовляют стержень 4, ко­торый по внешней форме соответствует внутренней части отливки.

В формовочном цехе по модели изготовляют форму, формуя в двух рамках 5, называемых опоками (рис. 30, д). При формовке половину модели кладут на щиток, затем ставят опоку, модель засыпают формовочной смесью и уплотняют ее, затем формуют вторую половину модели и извлекают модель из формы. В нижнюю часть формы на знаки ставят стержень 6 (рис. 30, д), а затем закрывают ее верхней половиной формы. Для заливки металлом полости формы, имеющей конфигурацию будущей отливки, в форме изготовляют ка­налы 7 (рис. 30, д), называемые литниковой системой.

В плавильном отделении расплавляют металл. Чу­гун плавят в вагранках, сталь — в конверторах, дуговых и индукцион­ных электрических печах, а цветные сплавы — в плавильных тигель­ных горнах. Жидкий металл заливают в формы. После затвердевания металла в форме образуется отливка, которая удаляется после разру­шения формы.

В обрубном отделении из отливок выбивают стержни, отбивают литниковую систему 8 (рис. 30, е), очищают отливку от при­горевшей формовочной смеси, зачищают заусеницы, подвергают кон­тролю и направляют отливки в механический цех для обработки или на склад готовой продукции.

Специальные способы литья

Развитие массового производства однотипных отливок привело к созданию новых спосо­бов литья: в металлические формы, центробежное, литье под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы. Эти способы описаны в специальной литературе.

Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на широком использо­вании пластических свойств металлов, т. е. на их способности в опре­деленных условиях под действием приложенных внешних сил (дав­ления) изменять, не разрушаясь, размеры и форму и сохранять полу­ченные форму и размеры после прекращения действия сил. Поэто­му обработке давлением подверга­ют только достаточно пластичные металлы.

Пластичность стали и других металлов и сплавов в холодном сос­тоянии недостаточна. Для повыше­ния пластичности металла и умень­шения количества работы, затра­чиваемой на деформацию, перед обработкой давлением металл наг­ревают до определенной темпера­туры.

Основными видами обработки металлов давлением являются:

  • про­катка;
  • волочение;
  • прессование;
  • ковка;
  • штамповка.

Волочение заключается в протягивании обрабатываемой заго­товки через отверстие (филь­ер, очко), размеры которого меньше размеров сечения ис­ходного материала. Схема процесса волочения дана на рис. 31, а. При волочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а так как объем остается постоян­ным, то длина ее увеличива­ется.

Волочение

Волочение

Коэффициент утонения при волочении, т,. е. отноше­ние диаметра после волочения d1 к диаметру до волочения d0, составляет 0,8 — 0,95. При больших обжатиях в металле возникают сильные напряже­ния, которые могут вызвать разрыв. Если требуется большее уменьшение попе­речного сечения, заготовку пропускают через ряд уменьшающих­ся отверстий в волочильных досках. Волочение проводится в холод­ном состоянии. Волочением обрабатывают сталь и цветные металлы. Волочением изготовляют проволоку (диаметром меньше 5 мм, до сотых долей миллиметра) круглую и других профилей, тонкостенные трубы, фасонные профили (рис. 31,6).

Прокатка заключается в том, что слитки металла обжима­ются между вращающимися в разные стороны цилиндрами (валками), вследствие чего уменьшается поперечное сечение начальной заготовки Н > h (рис. 32, а). В зависимости от формы валков изменяется и профиль заготовки.

Прокатка

Прокатка

Заготовки, полученные прокаткой, по сравнению с заготовками, полученными, например, литьем, обладают улучшенной структурой и повышенными механическими характеристиками.

Форма поперечного сечения прокатанного изделия называется его профилем, а совокупность разных профилей и размеров -сортаментом В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный и специальный. На рис. 32, б-м показаны основные профили сортового проката.

Прокаткой перерабатывается около 80% выплавляемой стали и большая часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в стро­ительстве, машиностроении, металлообработке и других отраслях.

Прессование — вид обработки металла давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие меньшей площади, чем площадь сечения исходного металла. Профиль прессованного металла соответствует конфигурации отверстия. Прессованию подвер­гают слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др. Для прессования стальных профилей служит прокат.

Профили изделий, полученных прессованием

Профили изделий, полученных прессованием

Прессованием получают разнообразный сортамент особенно слож­ных профилей (рис. 33). Особенностью прессования является точность изделий (выше, чем у прокатки), исключение отделочных операций и высокая производительность.

Ковка — способ обработки давлением, при котором металлу ударами инструментов придают требуемую внешнюю форму с целью получения заготовки или готового изделия. Ковка может выполняться вручную или на молотах (машинная).

Ручная ковка применяется при изготовлении мелких изде­лий или ремонтных работах. Для ручной ковки применяют наковальни, молоты различной массы, гладилки, обжимки, кузнечные зубила, пробойники, клещи и др. (рис. 34).

Инструменты для ручной поковки

Инструменты для ручной поковки

Основными операциями ковки являются вытяжка, при которой металл увеличивается в длине, уменьшаясь в поперечном сечении, рубка, высадка, или осадка, имеющая целью получить утолщение в же­лаемом месте, прорубание отверстия, выгибка и округление обжимкой.

Машинная ковка — это основной вид свободной ковки. Она выполняется на пневматических или паровоздушных молотах (рис. 35, а, б), реже — на ковочных гидравлических прессах. При машинной ковке рабочим инструментом являются бойки ковочных мо­лотов и прессов, вспомогательным — раскатки, прошивки и клещи.

Паровоздушный ковочный молот

Паровоздушный ковочный молот

Основными операциями технологического процесса свободной ковки являются осадка (уменьшение высоты заготовки), вытяжка (удли­нение заготовки), прошивка (получение отверстий), рубка.

На рис. 36, а показаны по­ковки малой массы, а на рис. 36, б тяжелая поковка (судовая поковка) массой 33 т.

Поковки

Поковки

Штамповка — способ получения заготовок или гото­вых изделий под давлением при помощи штампов, т. е. металлических форм с ручьями, очертания которых соответствуют конфигура­ции изготовляемых изделий. Полости, вырезанные в штампах, назы­ваются ручьями, которые имеют уклоны от 5 до 10°, чтобы ручьи лучше заполнялись, и металл из­влекался из них быстро и без осо­бых усилий.

Штампы (рис. 37, а, б) делаются разъемными. Штампуют изде­лия в холодном и горячем состоя­нии. При штамповке нагретая за­готовка под действием удара моло­та деформируется и заполняет по­лость штампа, а излишек металла (облой) поступает в специальную канавку и затем обрезается на прессе. Штамповка по сравнению с ковкой имеет ряд преимуществ: высокая производительность (ковкой в течение часа можно получить несколько поковок, а штамповкой — несколько десятков и даже со­тен); однородность и точность получаемых изделий, поверхности ко­торых обрабатываются только в местах сопряжений; высокие точ­ность и качество изделий. Штамповка вытесняет обработку резанием.

Верхний и нижний штампы

Верхний и нижний штампы

Недостатки штамповки: ограниченность массы штампованных из­делий и высокая стоимость инструмента (штампов). Штамповку при­меняют в крупносерийном и массовом производствах.