2.4.4. Литье в металлические формы
Отливки, залитые в металлические формы, имеют большую точность размеров и низкую шероховатость поверхности, чем при литье в песчаные формы. Такие отливки требуют меньшего припуска на механическую обработку. Структура металла получается более мелкозернистой, повышается его прочность. Устраняется необходимость в формовочном и смесеприготовительном хозяйстве, улучшаются технико-экономические показатели производства и санитарно-гигиенические условия труда. К недостаткам способа относятся: большая стоимость изготовления формы; повышенная теплопроводность формы, приводящая к пониженной заполняемости форм металлом вследствие быстрой потери жидкотекучести. В целях получения качественной отливки и удлинения срока службы кокиль в процессе работы поддерживают в нагретом состоянии.
Металлические формы – кокили – являются многоразовыми литейными формами, заполняемыми свободной заливкой. При литье средних по величине отливок чугунные кокили выдерживают 0,1 – 0,3 тысячи заливок стали, 1 – 3 тыс. заливок чугуна, 1 – 8 тыс. заливок медных сплавов, десятки тысяч заливок алюминиевых, магниевых, цинковых сплавов. Кокили бывают вытряхные, створчатые, с параллельным разъемом, с несколькими разъемами.
Вытряхные кокили применяются в мелкосерийном и серийном производстве для отливок простой формы. Створчатые кокили состоят из двух полуформ. Они применяются для отливок, форма которых позволяет раскрывать кокиль поворотом полуформы относительно оси.
Самые сложные отливки из черных и цветных сплавов в серийном и массовом производстве позволяют получать кокильные машины. При массовом производстве изделий заготовки получают на автоматических многопозиционных установках. Автоматически выполняются подготовка металлической формы и ее заливка, выбивка, транспортировка к очистным агрегатам и очистка заготовок.
2.4.5. Центробежное литье
Способ обеспечивает высокое качество исходных заготовок, представляющих собой тела вращения – гильзы, кольца, втулки, трубы, зубчатые колеса. Центробежное литье получают на центробежных машинах в металлической форме, вращающейся относительно горизонтальной или вертикальной оси. Заливаемый металл центробежными силами отбрасывается на периферию формы, что позволяет получать полые отливки без применения стержней. Заготовки имеют высокую плотность по наружной поверхности и более точный ее профиль, но внутренняя поверхность имеет меньшую плотность и более грубая. Преимущества: повышается качество заготовок, уменьшается расход жидкого металла, снижаются трудоемкость и себестоимость последующей обработки резанием. Используются машины литейные центробежные ЛН102А и ЛН104Б, ЦЛ288, ЦЛ269.
3. Заготовки, получаемые методами обработки металлов давлением
3.1. Характеристика основных методов омд
Обработка давлением - это обработка, заключающаяся в пластическом деформировании или разделении материала, при этом разделение происходит давлением без образования стружки.
Обработкой давлением изготавливают изделия, являющиеся машиностроительными заготовками, а в некоторых случаях - деталями. В подавляющем большинстве случаев обработку давлением осуществляют пластическим деформированием, что уменьшает отходы и трудоемкость на заключительных операциях обработки заготовок резанием, а также улучшает микро- и макроструктуру, механические, а иногда и физические свойства материала заготовок в соответствии с эксплуатационными требованиями.
Оборудование для пластического деформирования заготовок отличается более высокой производительностью по сравнению с оборудованием для получения заготовок другими способами. Поэтому большинство фасонных ответственных деталей получают ковкой или штамповкой. Обработку давлением применяют для изготовления самых разнообразных изделий из чёрных и цветных металлов и их сплавов, что определяет большое разнообразие технологических процессов и оборудования.
Всё многообразие методов обработки давлением может быть сведено к прокатке, волочению, прессованию, ковке, штамповке и специализированным методам.
Продукцией прокатки - обжатия металла между вращающимися валками прокатного стана - являются листы, полосы, сортовой и специальный прокат, бесшовные стальные трубы.
К продукции волочения - протягивания заготовки через отверстие, поперечное сечение которого меньше, чем у самой заготовки, - относят проволоку, прутки, трубы и фасонные профили.
Прессованием - выдавливанием металла из замкнутой полости контейнера через канал матрицы - изготавливаются трубы, прутки и другие профили преимущественно из сплавов цветных металлов.
Ковкой - обработкой металлов давлением путем местного многократного приложения деформирующих усилие с помощью универсального кузнечного инструмента - получают разнообразные по форме и размерам машиностроительные заготовки массой до 300 т. Заготовка, полученная ковкой, носит называется поковкой.
Штамповка - это обработка металлов давлением при помощи специального инструмента - штампа, рабочая полость (ручей) которого определяет конфигурацию и размеры получаемой заготовки. Заготовка, полученная штамповкой, называется штампованной поковкой или штампованной заготовкой.
В зависимости от температурного состояния исходной заготовки штамповку разделяют на холодную, горячую и теплую. Штамповка, исходя из профиля исходной заготовки, подразделяется на объемную и листовую.
К основным методам обработки давлением относятся ковка и штамповка. Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве поковок различных форм и размеров из черных и реже цветных металлов и сплавов. Поковки обычно получают на ковочных молотах и гидравлических ковочных прессах. Такие заготовки имеют большие припуски на последующую механическую обработку резанием. В мелкосерийном производстве при изготовлении заготовок применяют подкладные штампы (рисунок 14 а), позволяющие уменьшить припуски и приблизить форму заготовки к форме детали.
Объемная штамповка является современным высокопроизводительным и относительно дешевым процессом изготовления заготовок, широко распространенным в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
Рис. 14. Типы штампов: а - подкладной, б – открытый (облойный), в - закрытый (безоблойный), г - для выдавливания, 1, 3 - верхняя и нижняя матрицы, 2 - скобы, 4 - выталкиватель, 5 - накопитель (магазин), 6 - пуансон
Производство поковок различными способами объемной штамповки осуществляют на молотах (с массой падающих частей до 45 т), кривошипных (усилием до 120 МН), фрикционных (усилием до 6,2 МН), гидравлических (усилием до 750 МН гидровинтовых (до 100 МН) прессах, горизонтально-ковочных, радиально-обжимных машинах и другом специализированном оборудовании.
Процесс штамповки заключается в принудительном перераспределении материала заготовки без нарушения его сплошности. В качестве исходной заготовки применяют слитки массой до 350 т, сортовой (круглый, квадратный), профильный и листовой прокат.
Формоизменение заготовки, независимо от вида используемого оборудования, состоит из следующих основных этапов: подготовительные операции (фасонирование заготовок), оформление поковки и отделочные операции. Исходную заготовку помещают в полость штампа, называемую ручьем. Затем под действием рабочих частей штамповочного оборудования, на котором установлен штамп, материал заготовки, деформируясь, заполняет ручей, и таким образом, заготовка принимает требуемую форму. Объемной штамповкой получают поковки разнообразной формы из различных материалов массой от нескольких граммов до одной тонны.
Различают два основных вида ручьев - открытый и закрытый. Штампы с открытыми и закрытыми ручьями соответственно называют открытыми (облойными) и закрытыми (безоблойными) штампами. У открытых ручьев зазор между верхней и нижней частями штампа является переменным и уменьшающимся в процессе деформирования заготовки. В плоскости смыкания частей (разъема) образуется облой. У закрытых ручьев деформирование заготовки происходит в замкнутом ручье, исключая образование облоя в плоскости разъема штампа. По виду крепления и применяемого оборудования штампы делятся на подкладные (без крепления), открытые, закрытые и штампы для выдавливания (см. рисунок 14).
Подкладные штампы (рисунок 14 а) просты по устройству, относительно дешевы. Они состоят из верхней и нижней матриц, рычагов, скоб, необходимых при установке, подъеме и их транспортировке. Штампы применяются для изготовления крупных и единичных поковок на молотах.
Открытые (фиксируемые) штампы (рисунок 14.б), более сложные по конструкции, применяются для серийного и массового изготовления поковок на молотах и прессах. Штампы состоят из верхней и нижней матриц (1, 3), выталкивателей (4), направляющих колонок (на рисунке не указаны), корпуса и других частей. Одна из матриц (или обе) имеют облойную канавку (5), называемую накопителем (магазином).
Закрытые штампы (рисунок 14 в) применяются для изготовления точных заготовок на прессах, молотах, горизонтально-ковочных и др. машинах. Сущность процесса штамповки в закрытых штампах состоит в том, что заготовка деформируется, находясь в полости одной части штампа (матрицы 1), в которую входит как в направляющую другая его часть (пуансон 6). Полученная поковка удаляется из ручья выталкивателем. Для уменьшения усилия выталкивания применяют штамповочные уклоны и радиусы скругления.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется следующими особенностями. Колебания объема заготовок должны быть незначительными, так как при штамповке облой не предусматривается. Исходный и конечный объем
заготовки практически одинаков. Заусенец, часто образующийся вследствие затекания материала в зазор по месту разъема штампа, незначителен. Макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна материала получают очертания контура поковки и не перерезаны.
Штамповка в закрытых штампах более рациональна, так как обеспечивает высокий коэффициент использования материала, более высокую точность и качество поковок.
Производство поковок в штампах для выдавливания (рисунок 14 г) осуществляется на прессах, горизонтально-ковочных и др. машинах. Сущность процесса состоит в том, что заготовку устанавливают в полость штампа, выполненного конструктивно в виде закрытого, но так как в ней имеется выходное отверстие (или ряд отверстий), то часть материала выдавливается через него за пределы основной полости.
Поковки, полученные выдавливанием, отличаются высоким качеством, отсутствием трещин, пустот и других дефектов.
Открытые и закрытые штампы могут быть одно- или многоручьевыми. Верхняя часть штампа крепится к ползуну пресса или бабе молота, нижняя - к столу (наковальне). Совмещение верхней и нижней частей штампов осуществляется направляющими колонками. В кузнечно-штамповочном производстве разработаны и успешно применяются типовые конструкции штампов.
Листовая штамповка применяется для изготовления плоских пространственных тонкостенных деталей из листового, ленточного, полосового металла и неметаллических материалов. Листовой прокат толщиной до 8 мм штампуют в холодном состоянии, а толщиной более 8 мм - в горячем.
Наиболее распространенная технологическая операция листовой штамповки и обрезки облоя при объемной штамповке - вырубка-пробивка. Она осуществляется в штампах на механических или гидравлических прессах. К достоинствам этой операции относятся высокая производительность; широкие возможности автоматизации на базе применения устройств, подающих материал в штамп и снимающих деталь и отход со штампа; высокая точность изготовления деталей; более легкие условия производства; возможность изготовления деталей как из цветных, так и из черных металлов в широком интервале толщин. Недостатками операции вырубки-пробивки являются относительная высокая стоимость инструмента, необходимость применения прессового оборудования.
Вырубка-пробивка осуществляется в штампах простого, совмещенного и последовательного действия (рисунок 15). В штампах простого действия осуществляется вырубка отверстия, обрезка облоя заготовки, полученной в открытом штампе.
Рис. 15. Штампы простого (а), совмещенного (б)
и последовательного (в) действия 1 - верхняя плита,
2 - пуансон, 3 - направляющие колонки, 4 - заготовка, 5 - матрица, 6 - нижняя плита, 7 - пружины
В штампах последовательного действия выполняется вырубка отверстий с получением детали типа шайбы.
В отличие от штампа последовательного действия, штамп совмещенного действия обеспечивает пробивку отверстия и вырубку контура одновременно одним инструментом.