Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

Неравномерность твердости на одной заготовке не должна превышать НВ 25. На поверхностях, принимаемых за базовые, не должно быть заусенцев, литников, прибылей, выпоров, ли­ тейных и штамповочных уклонов. В особых случаях целесооб­ разно предусмотреть на заготовке для удобства ее установки при обработке на станках и автоматических линиях технологи­ ческие базы в виде специальных выступов или бобышек.

Способы производства заготовок. Одним из способов про­ изводства заготовок является литье. Характеристика различных способов литья по данным М. А. Калинина приведена в табл. 19. Литье в песчаные формы является универсальным ме­ тодом как в отношении применяемых литейных материалов, так и в отношении веса и габаритных размеров деталей. Нецелесо­ образно отливать в песчаные формы очень мелкие детали слож­ ных конструктивных форм. При литье в песчаные формы самой трудоемкой операцией является изготовление формы. Повыше­ ние производительности труда при формовке достигается меха­ низацией процесса и правильным выбором рода формы (сырая, подсушенная или сухая). Так, набивка 1 м3 формовочной смеси вручную занимает 1,5—2 ч. Применение пневматической трам­ бовки сокращает это время до 1 ч, а пескометом — до 6 мин. Встряхивающие машины ускоряют набивку по сравнению с ручной в 15 раз, а прессовые— в 20 раз. Трудоемкость фор­ мовки на поточной линии на 20% ниже, чем при обычной песко­ метной формовке, и на 60% ниже, чем при ручной.

Процесс изготовления отливок в песчаные формы хотя и механизирован, но еще недостаточно автоматизирован. В ЦНИИТМАШе создана новая прогрессивная технология ли­ тейного производства, заключающаяся в том, что в песчаные смеси вводят химические добавки, под действием которых сме­ си переходят в «жидко-подвижное» состояние. Это позволяет вместо набивки и уплотнения смеси, как делалось по старой технологии, осуществлять заливку жидкой смеси в стержневые ящики или на модели. Такая технология повышает производи­ тельность труда, снижает трудоемкость изготовления стержней и форм в 3—5 раз, исключает ручной труд и позволяет полно­ стью механизировать, а при необходимости автоматизировать изготовление стержней и форм независимо от их размеров, формы и номенклатуры.

Литье в оболочковые формы целесообразно применять глав­ ным образом при получении отечественных фасонных отливок. Для снижения расхода дорогой смолы применяют двухслойные формы, в которых из смеси с большим содержанием смолы из­ готовляют только внутреннюю оболочку с толщиной стенки 1,5—2 мм. Оболочковые химические твердеющие формы (тол­ щина стенки формы 10—20 мм) позволяют использовать деше­ вые материалы: песок, жидкое стекло и углекислоту. Стеклян­ ные оболочковые формы позволяют получить очень точные

отливки с низкой шероховатостью поверхности из латуни, угле­ родистых и нержавеющих сталей, а также из алюминиевых, ко­ бальтовых и хромистых сплавов.

Литье в металлическую форму (кокиль) экономически целесообразно при величине партии не менее 300—500 шт. для мелких отливок и 30—50 шт. для крупных отливок. Количество деталей в партии при серийном производстве может быть сни­ жено путем уменьшения затрат на изготовление формы, унифи­ кацию и нермализацию деталей форм, уменьшение числа стерж­ ней. В случае применения форм с литыми рабочими поверхно­ стями (производится только механическая обработка поверхно­ стей сопряжения), когда допускаются невысокая точность и пониженный класс чистоты поверхности отливки, серийность для мелких отливок может быть снижена до 100—200 шт.

Литье по выплавляемым моделям является экономически целесообразным при получении литых деталей очень сложной формы из любых сплавов. Применение этого способа позволяет во многих случаях заменять сборочные единицы нескольких де­ талей одной цельнолитой деталью. Литье по растворяемым мо­ делям (изготовляемым из легкоплавких и растворимых в воде солей, например, калийной или натриевой селитры) может быть широко использовано в серийном производстве с применением групповой отливки деталей. Модели легко удаляются из формы растворением в воде; модельный состав не является дефицит­ ным.

Литье под давлением применяется в основном для производ­ ства фасонных отливок из цветных сплавов. При использовании форм-блоков со сменными вкладышами способ можно считать целесообразным при производстве 100—500 отливок. Использо­ вание групповых форм-блоков с вкладышами из красной меди обеспечивает рентабельность получения отливок при партии все­ го в 100—200 деталей. При получении небольших партий отли­ вок пресс-формы целесообразно изготовлять из алюминия спо­ собом штамповки жидкого металла по эталону деталей, что в 8— 10 раз сокращает трудоемкость изготовления пресс-формы по сравнению с механической обработкой и последующей ручной доводкой.

Центробежное литье получило распространение при изготов­ лении литых заготовок, имеющих форму тел вращения. Способ применяется также при отливке фасонных заготовок, не являю­ щихся телами вращения. Этот способ становится целесообраз­ ным и при мелкосерийном производстве в случае применения сменных изложниц.

При конструировании отливок (с учетом оптимальной долго­ вечности) надо обратить внимание на некоторые вопросы, отно­ сящиеся к технологичности конструкции литых заготовок. Необходимо установить, какую роль играет отливка в машине, и на основании этого решить, не целесообразнее ли заменить от­

ливку сварной, кованой, штампованной заготовкой или изгото­ вить деталь из прессованного порошка; соединить несколько де­ талей (не обязательно литых) в одну отливку, это имеет боль­ шое значение при массовом и крупносерийном производстве.

Устанавливая форму и размеры отливки, необходимо ста­ раться получить компактную заготовку без значительных вы­ ступающих частей, которые могут задерживать усадку во время остывания. Следует избегать соединения в одну отливку круп­ ных деталей простой формы с массивными стенками и мелких деталей повышенной точности.

Соединение в одну отливку мелких деталей повышенной точ­ ности может быть прогрессивно, если изготовление комбиниро­ ванных отливок производить способами литья под давлением и но выплавляемым моделям.

При конструировании крупных отливок необходимо также принимать во внимание технологические возможности цехов: литейных (производительность и размер плавильных печей, су­ шил и т. д.), механических (размеры металлообрабатывающих станков), а также условия монтажа и транспортирования (гру­ зоподъемность кранов, размеры железнодорожных вагонов и т. д.). При конструировании стальных отливок следует учиты­ вать возможность изготовления деталей комбинированным спо­ собом, путем сварки в одно целое нескольких отливок и частей из труб, листового или фасонного проката.

Другим способом производства заготовок является ковка и штамповка. Поковки могут быть получены ковкой в подкладных штампах, штамповкой в закрепленных штампах и специальны­ ми методами. Значительная экономия металла при изготовле­ нии некоторых деталей достигается при применении совмещен­ ной штамповки и использовании отходов. Если от детали не тре­ буется мелкозернистая структура, а механические свойства удовлетворяют требованиям независимо от температуры окон­ чания штамповки, то заканчивать штамповку следует при по­ вышенной температуре. Для деталей, например, из углеродис­ той стали эти требования позволяют повысить производитель­ ность труда на 10—15%, сократить машинное время на 25— 30%, повысить стойкость штампов и облегчить заполнение ручья.

Точность деталей, выполняемых объемной холодной штам­ повкой, может быть получена в пределах 2—5-го класса, а шеро­ ховатость поверхности— до 8-го класса. Точность листовой штамповки в совмещенном штампе от ±0,02 до ±0,08 мм, в по­

Ковка на ротационно-ковочной машине сводится к периоди­ ческому обжатию и вытягиванию по уступам предварительно

нагретой или холодной прутковой или трубной заготовки при помощи последовательных и быстрых ударов несколькими (двумя — четырьмя) бойками. Ковка применяется как для го­ рячей, так и для холодной обработки. При холодной обработке точность колеблется от ±0,02 до ±0,2 мм и шероховатость по­ верхности соответствует 8—10-му классам; при горячей обра­ ботке точность от ±0,05 до ±0,3 мм и шероховатость поверх­ ности в пределах 1—2-го классов.

Процесс горячей штамповки сводится к нагреву заготовки для придания металлу необходимой пластичности и последую­ щему деформированию его. В результате нагрева резко снижа­ ются прочностные характеристики и возрастают характеристики пластичности металла, подлежащего деформированию. Процесс горячей штамповки осложняется тем, что деформируемая заго­ товка, соприкасаясь с массой холодного металла штампа, осты­ вает, теряет пластичность. Поэтому процесс пластического деформирования должен осуществляться в возможно более ко­ роткий промежуток времени. Для этого принимается ряд техно­ логических и конструктивных мер. Стенки штамповок должны иметь по возможности большую толщину, сопряжения сте­ нок должны быть плавными, следует избегать резких из­ менений направлений течения металла при заполнении ручьев штампа.

Форма детали, предназначенной для штамповки, должна до­ пускать возможность разделения ее по максимальному сечению на две, желательно равные части. Это сечение при проектирова­ нии штампа обычно принимают за плоскость разъема. Соблюде­ ние этого технологического требования при проектировании де­ тали упрощает конструкцию штампов. Формы всех этих элемен­ тов проектируемой детали должны быть увязаны с наиболее выгодной линией разъема. Таким образом, для получения тех­ нологичной штампуемой детали надо обеспечить, чтобы ее конструкция способствовала облегчению течения металла по ручьям штампа. В этом случае не будет возникать больших пре­ пятствий к его перемещению в пластичном состоянии и резких нарушений теплового равновесия.

Как показывают эксперименты, когда металл в процессе де­ формирования заполняет углубления, образуются естественные радиусы. Эти естественные радиусы для стальных заготовок на­ ходятся в пределах г = 8 -г- 10 мм. При заполнении металла в штампе с радиусами г ^ 8 -г 10 мм необходимое давление не зависит от этого радиуса, но резко возрастает с его умень­ шением.

Из теории пластического деформирования известно, что дав­ ление при осадке зависит от соотношения диаметра поперечного