Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf

отливки, полученные в песчаных или металлических формах и другими способами формовки;

поковки кованые или штампованные; литейно-сварные заготовки; штампово-сварные и штампованные из листа; прутки из горячекатаного проката.

Возможны различные способы получения заготовок. Из них не­ обходимо выбрать наилучший по качеству и с минимальной себе­ стоимостью.

Выбрать заготовку — это значит установить способ ее получе­ ния, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчи­ тать размеры и указать допуски на них.

Выбор способа получения заготовок обусловливается: технологической характеристикой материала детали; конструктивными формами и размерами заготовки; точностью выполнения заготовки, классом чистоты и качеством

ее поверхностных слоев; программой и планом выпуска формовых комплектов.

Существенное влияние на выбор способа получения заготовок оказывают наличие соответствующего технологического оборудова­ ния и общий технический уровень производства. Этим объясняется широкое применение для изготовления заготовок чугунного литья в земляных формах и кокилях.

Значительно реже применяются стальные заготовки и совер­

форм изготовляют литьем. Поэтому вопросы повышения производи­ тельности при изготовлении форм, улучшения их качества и сниже­ ния себестоимости необходимо в первую очередь решать на участ­ ках и цехах производства заготовок.

Одним из главных направлений развития технологии литейного производства на ближайшие годы должно являться повышение гео­ метрической точности отливок.

Первостепенное значение имеет снижение затрат труда на об­ рубные и очистные работы в литейных цехах и обработку снятием стружки в механических цехах. Обрубные и очистные работы в ли­ тейных цехах составляют примерно 30—40% всех затрат на изго­ товление отливок, а при механической обработке около 20% ме­ талла уходит в стружку. При обработке форм со сложной гравюрой трудоемкость ручных слесарных работ в 4—5 раз больше, чем всех станочных.

Необходимость удаления большого слоя металла при механиче­ ской обработке обусловливается низким качеством металла в по­ верхностном слое отливок. Засоренность и отбел поверхностного слоя, пороки в виде раковин, рыхлости и пористости вызывают не­ обходимость повышать припуски на механическую обработку, что увеличивает затраты на изготовление форм.

Применяемые в настоящее время песчано-глинистые формовоч­ ные земли не обеспечивают требований к заготовкам для форм.

190

Высокие требования к качеству форм, особенно прессовых, вы­ двигают как одну из основных задач широкое применение для из­ готовления заготовок прогрессивных способов литья. К таким спо­ собам литья относятся:

литье в песчаных формах, уплотненных высоким давлением или спеканием;

литье в оболочковые тонкостенные формы из различных мате­ риалов (например, песчано-смоляные);

литье в оболочковые стеклянные формы; точное литье по выплавляемым моделям;

литье в гипсовые, керамические и графитовые формы; литье в асбесто-графито-алебастровые формы и в металличе­

ские формы — кокили; центробежное литье;

литье с применением комбинированных форм: песчано-металли­ ческих, песчано-керамических, металлических и керамических с ке­ рамическими вставками.

При всех способах литья отдельные детали (например, части матрицы) отливают из металла одной плавки. Для снятия внутрен­ них напряжений заготовку подвергают искусственному старению при температуре 550—600° С, а при необходимости изменения структуры ■— отжигу.

В настоящее время распространено литье в кокили и комбини­ рованное— в земляные формы с металлическими холодильниками.

Литье в кокиль позволяет получить отливки с плотной структу­ рой, более точным соблюдением геометрии, меньшими припусками на обработку. С целью предупреждения отбела рабочие поверх­ ности кокиля покрывают теплоизоляционными красками, предвари­ тельно подогревают их и удаляют отливки при температуре не­ сколько выше температуры отжига.

Существенным недостатком литья в кокиль является их высо­ кая стоимость, особенно для заготовок сложной конфигурации. Целесообразно применять стержни с большой теплопроводностью, что достигается включением в состав стержневых смесей чугунной стружки.

Для снижения затрат на изготовление пресс-форм со сложной конфигурацией и гравюрой формующих поверхностей перспек­ тивны такие прогрессивные методы изготовления, как холодное выдавливание, горячая штамповка, штамповка жидкого металла, методы порошковой металлургии, электроимпульсная обработка.

4. Основные методы обработки деталей пресс-форм

Детали пресс-форм и форм в зависимости от их размеров, кон­ фигурации, сложности гравюры формующих поверхностей, матери­ ала, требований к точности размеров и шероховатости поверхно­ стей изготовляются различными методами. Исходя из требований к точности размеров и шероховатости, поверхности деталей форм можно разделить на четыре основные группы (табл. 16).

191

Требования к точности формы, размерам, шероховатости вспо­ могательных поверхностей обеспечиваются в заготовительных цехах при всех видах литья и обработки давлением. При необходимости в дополнительной обработке таких поверхностей используют метал­ лорежущие станки: токарные, фрезерные, строгальные и др.

Труднее изыскать наиболее рациональные методы обработки сложных фасонных поверхностей первой и второй групп с высокими требованиями к их точности и чистоте. Особые трудности возникают при обработке фасонных формующих поверхностей со сложным про­ филем гравюры на них под алмазную грань на стеклянных изделиях.

Даже такие прогрессивные способы получения заготовок, как точное литье по выплавленным моделям, не обеспечивают точность выше 4—5 кл. и чистоту поверхностей выше 5—6 кл. Поэтому тре­ бования к качеству форм при их изготовлении определяются под­ бором оптимального комплекса методов изготовления. Среди про­ грессивных методов обработки металлов для получения формующих деталей наиболее эффективны: горячее и полугорячее выдавливание, штамповка жидких металлов, прессование металлических порошков, электроимпульсная и механическая обработка.

Горячее и полугорячее выдавливание. Горячее и полугорячее вы­ давливание применяют при изготовлении матриц пресс-форм из ма­ териалов, поддающихся пластическим деформациям в нагретом со­

192

стоянии, например легированных сталей. Выдавливание осуществ­ ляется на гидравлических, кривошипных или фрикционных прес­ сах. Процесс выдавливания состоит из следующих операций:

шлифовка и полировка поверхности заготовки под полость; нагрев в печи с нейтральной атмосферой под слоем древесного

угля; очистка поверхности заготовки металлической щеткой;

собственно выдавливание полости в обойме или без обоймы; термообработка заготовки; зачистка и калибровка формующей полости в холодном со­

стоянии; дополнительная механическая отработка.

С целью уменьшения окисления формующей полости выдавлива­ ние производится в полугорячем состоянии при температуре ре­ кристаллизации (400—800°С). При температуре больше 500°С можно снизить удельные давления на 40—70%■

При изготовлении полостей с высокой точностью необходимо учи­ тывать тепловое расширение и деформации заготовки. Точность раз­ меров формующей полости 3—5 кл. Холодное выдавливание — эффективный метод обработки неглубоких глухих формующих поло­ стей матриц пресс-форм при их изготовлении из материалов, обла­ дающих высокой пластичностью.

В некоторых случаях возможно холодное выдавливание полости по элементам. Область применения выдавливания ограничивается величиной удельного давления на мастер-пуансон. Удельное давле­ ние при холодном выдавливании углеродистых сталей составляет 1200—1500 МПа (120—150 кгс/мм2), инструментальных сталей — 2500—3500 МПа (250—350 кгс/мм2); При горячем прессовании вели­ чина необходимого удельного давления значительно меньше.

Ориентировочно усилие, потребное для выдавливания, можно

Для изготовления матриц пресс-форм холодным выдавливанием применяют гидравлические прессы вертикального типа.

Методом холодного выдавливания в обойме можно обеспечить точность размеров до 2—3 кл. и до 7—9 кл. чистоты.

Штамповка жидких металлов. Выдавливанием жидкого металла в закрытой полости можно получить вкладыши матриц со сложной гравюрой и оболочек пуансонов. Этот метод применяют при изготов­ лении деталей формы из пластичных и хрупких сталей, чугунов, цветных сплавов и пр.

При штамповке из жидких металлов удельные давления значи­ тельно меньше, чем при горячем прессовании. Для штамповки жид­ кого чугуна достаточно удельное давление 1 —1,5 МПа (0,10— 0,15 кгс/мм2), а сталей — от 20 до 60 МПа (от 2 до 6 кгс/мм2).

Формующая поверхность матрицы образуется мастер-пуансоном, имеющем формующую поверхность в виде негативного изображения поверхности матрицы с припуском на усадку и полировку.

Изготовление таких пуансонов значительно проще и менее трудоемко, чем изготовление самой полости матрицы механической обработкой. Стойкость пуансонов достаточна для изготовления значительного количества заготовок матриц или других сложных деталей форм.

Штамповкой жидких металлов можно получить заготовки с точ­ ностью размеров 3—4 кл. и шероховатостью 5—6 кл. чистоты.

Прессование металлических порошков. При изготовлении форм для деталей со сложной гравюрой целесообразно применять метал­ лические порошки. Металлокерамическая технология позволяет полу­ чать заготовки и детали форм из материалов, максимально удовлет­ воряющих их служебному назначению благодаря смешению метал­ лов и неметаллов, обладающих необходимыми физико-механиче­ скими свойствами. Заготовки из металлокерамических металлов полу­ чают холодным прессованием смесей порошков в пресс-формах с по­ следующим спеканием или горячим прессованием, при котором прес­ сование и спекание объединены в одну операцию. Удельное давле­ ние прессования от 100 до 600 МПа (от 10 до 60 кгс/мм2) . Темпера­ тура спекания должна быть ниже точки плавления основного компо­ нента. Время спекания зависит от размеров изделий и спекаемости материалов и колеблется от 0,5 до 24 ч. Спекание и последующая термическая или химическая обработка повышают механические и теплофизические свойства деталей.

Электроимпульсная обработка. При обработке закрытых фасонных поверхностей пресс-форм повышенной твердости (более HRC 40) в последнее время находит широкое применение электроимпульсный метод. Этим методом можно обрабатывать сложные фасонные по­ верхности с точностью до 0,03—0,05 мм. Чистота поверхности зави­ сит от режимов работы. При грубом, но высокопроизводительном режиме чистота поверхностей не превышает 1 кл., а при чистовом режиме — 5—6 кл. Применение электроимпульсного метода обра­ ботки позволяет значительно уменьшить объем слесарно-доводочных работ.

Электроим'пульсная обработка пресс-форм может производиться с предварительной механической обработкой и без нее. Для удале­ ния основной массы припуска электроимпульсным методом наиболее высокопроизводительным является режим работы при частоте 400 Гц, а при чистовой — 2500 Гц. Для обработки форм этим методом используют универсальные электроимпульсные копировально-проши­ вочные станки 4Б722, 4723 и др. Производительность при обработке сталей на станке 4Б722 достигает 1500 мм2/мин, а на станке 4723— 3500 мм3/мин. Так как производительность по съему металла в дан­ ном случае значительно ниже, чем на металлорежущих станках, то применение их будет целесообразным лишь при обработке сложных фасонных полостей в жаропрочных, высоколегированных сталях и твердых сплавах.

194