Важнейшие технологические процессы заготовительного производства в машиностроении

Важнейшими технологическими процессами заготовительного производства в машиностроении являются обработка металлов давлением и литейное производство, при этом основным исходным сырьем машиностроительного производства являются металлы и сплавы на их основе.

Важной задачей технологических процессов заготовительного производства является получение заготовок, приближающихся по форме и размерам к готовым деталям.

Обработка материалов давлением является одним из распространенных и прогрессивных способов обработки, так как по сравнению с другими методами она обеспечивает меньшие потери металла, высокую производительность, относительно малую трудоемкость, увеличение прочности металла, широкие возможности механизации и автоматизации технологических процессов. Заготовки, получаемые обработкой давлением, имеют минимальные припуски на механическую обработку, а иногда и не требуют такой обработки.

При обработке металлов давлением вызывается пластическая деформация, изменяющая форму заготовки без изменения ее массы.

На формообразование заготовок из конструкционных материалов влияет их пластичность, т. е. способность изменять форму под воздействием внешних сил не разрушаясь и сохранять полученную форму после прекращения действия силы. Природная пластичность различных материалов неодинакова и зависит в первую очередь от их структуры и химического состава. Одни материалы обладают высоко пластичностью в холодном состоянии и могут изменять свою форму без предварительного нагрева. Другие для повышения пластичности нагревают и подвергают пластической деформации в горячем состоянии. Исходя из этого, различают холодную и горячую обработку материалов давлением.

При обработке металлов давлением широко применяются следующие технологические методы: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка и др.

Прокаткаявляется наиболее распространенным и экономичным способом обработки металлов давлением. Более 80% выплавляемой стали поступает в прокатное производство, продукция которого стандартизирована и включает более 1000 наименований различного профиля: прокат простого профиля (круг, квадрат, шестигранник и др.), прокат фасонного профиля (швеллер, двутавр, уголок и др.), листовой прокат, трубы, периодический прокат и прокат специального профиля. Перечень прокатываемых изделий с указанием формы профилей и их размеров называется сортаментом проката.

Волочение – процесс протягивания на волочильном стане прутка через отверстие волочильной доски, при этом поперечное сечение прутка уменьшается, длина увеличивается, а обрабатываемый металл получает форму и размеры этого отверстия. Волочением получают проволоку диаметром от 4 до 0,01 мм и менее, калиброванные валки, прутки различного профиля. Волочение применяют также для уменьшения диаметров труб.

Для получения тонкой проволоки требуется последовательное протягивание исходного материла через несколько отверстий (от 4 до 12), которое называют многократным.

Прессование– процесс выдавливания металла, заключенного в замкнутый объем цилиндра-матрицы через отверстие в матрице, в зависи­мости от формы и размеров которого получают изделия любой, даже самой сложной формы . Прессование осуществляется на специальных прессах.

Свободная ковка– процесс горячей обработки металлов давлением, в ходе которого имеет место свободное течение металла в стороны. Исходным материалом при свободной ковке служат слитки, прокат различных профилей и прессованный металл. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой.

Свободную ковку применяют преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах, а также для получения поковок большой массы. К недостаткам ковки следует отнести в первую очередь низкую производительность процесса, невысокое качество изделий и зависимость качества продукции от квалификации кузнеца.

Штамповка – процесс деформации металла в горячем или холодном состоянии, когда течение металла ограничено стенками рабочей поверхности специального инструмента – штампа. Штамповка может быть объемной и листовой.

Для объемной штамповки в качестве исходных материалов служат прутки или штучные заготовки. Штампы для горячей объемной штамповки состоят из двух частей – верхней и нижней. Полости штампа называют ручьями. Одноручьевые штампы применяются при изготовлении простых поковок. В многоручьевых штампах имеется ряд последовательно расположенных ручьев, в которых производят заготовительные и штамповочные операции.

Листовая штамповка является прогрессивным методом обработки металлов давлением, характеризующимся высокой производительностью, простотой технологического процесса, точностью получаемых размеров и низкой себестоимостью. Исходным материалом для нее служат листы, ленты, полосы. Для изготовления изделий толщиной свыше 8 мм применяют горячую листовую штамповку.

Литейное производство– совокупность технологических процессов получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую очертания и имеющую размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается заготовка или деталь, называемая отливкой.

Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок, деталей и готовой продукции. Литьем получают продукцию различных конфигураций, размеров и массы из различных металлов и сплавов: чугуна, стали, сплавов меди, алюминия, магния и т. д. Литье наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ изготовления заготовок. Точные методы литья позволяют получать отливки с высокой воспроизводимостью размеров и малой шероховатостью поверхностей, часто не требующие дальнейшей механической обработки. Наряду с достоинствами литье имеет и недостатки, основным из которых является неоднородность химического состава и низкие механические качества получаемых отливок.

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки, детали или готовые изделия извлекают из форм. Литейные формы могут быть разового и многократного применения.

Для получения отливок высокого качества литейные сплавы должны обладать определенными литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, иметь химическую однородность структуры, низкую температуру плавления и т.д.

Плавление металлов перед заливкой в формы выполняют на различном оборудовании, например: чугун—в вагранках и шахтных печах; углеродистые и легированные стали — в мартеновских и электропечах; медные сплавы — в дуговых, индукционных и пламенных отражательных печах, а также в тиглях; алюминиевые сплавы — в электрических и пламенных печах. Многообразие применяемых технологических процессов литейного производства можно объединить в две группы:

1. получение отливок в одноразовых (разрушаемых) формах;

2. получение отливок в формах многоразового применения.

Рассмотрим особенности технологических процессов литейного производства в разрезе указанных групп.

Получение отливок в одноразовых формах осуществляются при следующих технологических процессах литейного производства: литье в песчано-глинистые формы, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям и др.

Рассмотрим специальные способы литья при получении отливок в формах многоразового использования (литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением и др.).

Литье в кокиль. В кокилях (металлических формах) изготовляют отливки из цветных и черных сплавов самой разнообразной конфигурации. Конструкция и материал кокилей отличается в зависимости от металла получаемой отливки.

Центробежное литье — высокопроизводительный способ изготовления отливок тел вращения с центральным отверстием — труб, втулок и др., а также фасонного литья из чугуна, стали и цветных сплавов. Сущность центробежного литья заключается в том, что расплавленный металл заливается во вращающуюся форму. Под действием центробежных сил он отбрасывается к стенкам формы, затвердевает, получая плотную структуру без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке.

Литье под давлением является наиболее производительным и экономичным процессом в массовом производстве тонкостенных от 0,8 мм и выше отливок с массой от нескольких граммов до 25–50 кг любой сложности и конфигурации с большой точностью размеров и высоким качеством поверхности, исключающим механическую обработку.