Методы точного литья

Стойкость инструмента, изготовленного методом точного литья, не уступает стойкости кованых штампов, а стоимость их изготовления в 4—7 раз меньше, чем при механической обработке. Применение данного способа снижает затраты на механическую обработку, упрощает технологию изготовления инструмента и сокращает производственный цикл. Кроме того, для производства инструмента можно применять жаропрочные сплавы, которые трудно поддаются механической или пластической обработке.

Теоретические предпосылки применения материала в литом состоянии для деформирующего инструменту основываются на особенностях литой структуры — ее каркасности, вследствие чего литому металлу присуще более высокое сопротивление пластической деформации при одновременно меньших значениях характеристик пластичности по сравнению с металлом того же химического состава, но подвергнутого обработке давдением. С повышением температуры разупрочнение литого металла про­текает медленнее, чем деформируемого. Следует отметить также более высокую износостойкость и разгаростойкость.

Способ получил распространение после tofo, как появился «Шоупроцесс», применение которого обеспечивает высокую точность отливок благодаря использованию керамических форм. Керамические формы состоят из керамической облицовки и наполнительной среды. Форму получают путем заливки модели жидкой смесью, состоящей из пылевидного кварца, кварцевого песка и гидролизованного этилсиликата. Керамический блок, затвердевший до эластичного состояния, поджигают для удаления летучих составляющих, а затем подвергают прокаливанию. После высокотемпературной (при 850,..950°С) прокалки в материале формы появляется много трещин. Они обеспечивают прохождение газов, но не могут быть заполнены металлом.

Кроме литья в керамические формы применяют литье в формы из термореактивных смесей, в металлический кокиль, облицованный керамической смесью, по выплавляемым моделям (обрезные штампы).

Почти вдвое больше деталей можно изготовить с помощью инструмента, полученного методом Электрошлакового переплава (ЭШП). Установки для электрошлаковой переплавки позволяют производить переплавку старого изношенного инструмента и изготавливать из нее литой инструмент (матрицы, пресс-шайбы, штампы и т. д.). Подобную «реставрацию» можно производить пятикратно. В качестве электрода применяются, на пример, вышедшие из строя иглы. В плавильном пространстве расплавленный шлак и жидкий металл ванны являются источником тепла для дальнейшего ведения процесса расплава. Отливка инструмента производится в медный водоохлаждаемый кристаллизатор.

Выбор оптимального варианта изготовления инструмента

Один и тот же процесс обработки металлов давлением может быть неоднозначен и реализован по своей экономической эффективности по различным вариантам деформирующего инструмента. Поэтому выбор оптимальной конструкции инструмента, способа изготовления и материала для инструмента необходимо обосновать путем вычислений, требующих построения математической модели. Для этого чаще всего используют линейное программирование как основной метод отыскания решения. В качестве критерия оценки оптимальности инструмента (целевой функции) принимают себестоимость изготовления полуфабрикатов, удельный расход инструмента или съем продукции с единицы инструмента. Целевую функцию записывают в виде

L = С₁Х₁ + С₂Х₂ + ... + С_пх_п.

На переменные х₁, х₂, ... х_п накладывают систему огра­ничений

и граничные условия x_j³0, где j = 1, 2, ...,n, п — число переменных, т — число ограничений, а_ij, b_ij_ — заданные по­стоянные величины. Например, для процесса холодной листовой штамповки себестоимость изготовления детали (целевая функция) определяется выражением

L = (С_м + С₃ + С_ш + С_о) ®min,

где С_м, С₃, С_ш и С_о — удельные затраты на материал, заработную плату производственных рабочих, штамповый инструмент и оборудование соответственно.

Затраты на штамповый инструмент находят по формуле

где п — количество штампов на операцию для выполнения готовой программы; Р_шт — стоимость штампа для каждой операции; К_шт — коэффициент, учитывающий затраты на ремонт штампов; N — количество деталей, полученных до полного износа штампа.

Как видно из данного примера, себестоимость продукции в сильной степени зависит от затрат на изготовление и эксплуатацию технологического инструмента, поэтому с помощью технологической модели выбирают более оптимальный вариант исполнения инструмента, обеспечивающий наименьшую себестоимость изготовления.

Задача. Инструментальный цех выпускает штампы двух видов П₁ и П₂. На эти изделия идут четыре вида материала S₁, S₂, S₃, S₄ (таблица 4). Сколько штампов П₁ и П₂ надо изготовить, чтобы при данных запасах материалов получить наибольшую выручку, если стоимость одного штампа П₁ – 70 руб. П2 — 50 руб.?

Таблица 3 - Затраты материалов на штампы

Решение. Предположим, что цех выпускает штампов Тогда целевая функция L = С₁х₁ + С₂ х₂ ®max, где С, — стоимость штампов. На первый штамп П_г расходу­ется материала S₁®а₁₁х₁, на второй П₂ — a₁₂х₂, на все штампы — а₁₁ x₁ + а₁₂х₂ £b, где b₁ — запасы материала S₁. Анало­гичным путем находятся и другие ограничения. В конечном итоге получаем

(16)

Надо найти такие числа х₁ и х₂, удовлетворяющие неравенствам, при которых целевая функция имеет наибольшее возможное значение.

Задачу можно решить чисто геометрическим способом в координатах х₁ , х₂. Каждая прямая неравенства делит плоскость на две полуплоскости. По одну сторону от граничной прямой

располагаются точки, удовлетворяющие неравенству, по другую — неудовлетворяющие. В совокупности на плоскости x₁ox² граничные прямые образуют многоугольник — область изменения переменных (рисунок 39). После вычисления целевой функции в каждой вершине многоугольника найдем, что наибольшую выручку цех получит при изготовлении штампов П₁ — 5 шт. и П₂ — 3 шт.

При выборе способа изготовления деформирующего инструмента следует исходить из конкретных условий производства и характеристик инструмента. Ясно, что при изготовлении крупногабаритного инструмента преимущество надолго сохранится за обработкой на металлорежущих станках. В будущем, по-видимому, доминирующее положение в производстве деформирующего инструмента займут пластическое деформирование и точное литье. В настоящее время наиболее распространенным способом является обработка на металлорежущих и электроимпульсных станках.