Технологические процессы изготовления деталей в тяжелом машиностроении

Методы получения заготовок и припуски

Литые заготовки

Основой крупных и уникальных машин являются моноблоч­ные детали сложной формы с большими габаритными размера­ми и массовыми характеристиками. В процессе эксплуатации такие детали воспринимают нагрузки в тысячи тонн.

На предприятиях тяжелого машиностроения выпуск отливок массой свыше 5000 кг достигает 45 % от общего выпуска литых заготовок. Получившие наибольшее распространение стальные и чугунные заготовки изготовляют литьем в песчаные и метал­лические формы, центробежным литьем и реже литьем по вы­плавляемым моделям. Качество отливок регламентируется ГОСТ 26645-85 и ГОСТ 25347-82.

Для единичного производства ручная формовка по деревян­ным и газифицируемым моделям часто остается единственным способом получения отливок. Она характеризуется высокой тру­доемкостью, значительными припусками, низкими точностью получаемых размеров и качеством поверхностей отливок вслед­ствие неоднородности набивки форм.

При машинной формовке чаще всего удается механизиро­вать землеподачу, уплотнение формовочной смеси в опоке и из­влечение моделей из формы. Это позволяет повысить произво­дительность процесса и качество отливок, точность их размеров и улучшить условия труда рабочих. В качестве технологического оснащения заготовительных цехов используют крупные песко­меты, встряхивающие столы, тяжелые формовочные машины, формы массой до 10 т.

Способ центробежного литья применяют главным образом для производства заготовок типа тел вращения (втулок, венцов зубчатых колес, гаек винтов нажимных устройств и т. п.) с диа­метральными размерами до 2000 мм и массой до 3 т. При этом получают более тонкостенные отливки, в том числе из сплавов с низкой жидкотекучестью; достигают более жестких допусков на размеры, большей плотности и повышенных физико-меха­нических свойств заготовок по сравнению с литьем в песчаные формы.

В силу особенностей единичного производства литье в ме­таллические формы применяют сравнительно редко. Этим спо­собом изготовляют заготовки поддонов для изложниц, надста­вок, крупных шкивов, не имеющие выступающих частей. В про­тивном случае при усадке в отливке появляются трещины.

Припуски на обработку, допуски размеров, формы и распо­ложения, неровности поверхности, допуски массы на отливки из черных и цветных металлов и сплавов регламентируют по ГОСТ 26645—85. Вместе с тем некоторые предприятия разраба­тывают и используют нормативные материалы, учитывающие осо­бенности изготовляемой ими продукции. Так, для крупных де­талей рекомендуют увеличивать припуски на 5...8 мм в случае, если они подвергаются старению после черновой обработки. Уменьшения припусков добиваются путем правильного постро­ения маршрута механической обработки заготовки и совершен­ствования технологии литья. В ряде случаев удается перейти от изготовления стальных отливок и поковок к производству отли­вок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имею­щего временное сопротивление до 686 МПа, предел текучести до 441 МПа и относительное удлинение после отжига 10 %. Из высокопрочного чугуна отливают траверсы и подушки рабочих клетей, плиты окалиноломателей блюминга, коленчатые валы, станины молотов, зубчатые венцы и другие детали массой до 15 т. Это позволяет получать отливки на 20...25 % дешевле сталь­ных отливок и в 3—4 раза дешевле поковок.

Поковки

Наиболее тяжело нагруженные, ответственные, а также труднодемонтируемые для ремонта детали изготовляют из заготовок, получаемых методами горячего пластического деформирования металла. Для таких деталей используют углеродистые и легиро­ванные стали с временным сопротивлением до 980 МПа.

Основным методом получения поковок в условиях единич­ного производства является свободная ковка. Форма таких заго­товок должна быть симметричной, образованной простыми гео­метрическими фигурами с плавными переходами. Их поверхность имеет значительные дефекты в виде местных вмятин, следов ко­вочных ударов, неравномерных слоев окалины. После несколь­ких нагревов толщина дефектного слоя достигает 7 мм и более. Поэтому форма заготовки может значительно отличаться от фор­мы детали, а припуск для заготовок, полученных свободной ков­кой, определяется отклонениями, возникающими в процессе их формообразования.

При разработке маршрута термообработку поковок рекомен­дуется проводить до начала черновых операций механической обработки, что способствует снижению припуска и цикла их из­готовления.

Приведенные рекомендации следует учитывать особенно при производстве колонн прессов, коленчатых валов мощных машин, крупных роторов генераторов и т. п. Экономическая целесооб­разность замены заготовок, полученных свободной ковкой, на штампованные заготовки все больше склоняется в пользу пос­ледних. Это характерно при изготовлении сложных или неболь­ших повторяющихся партий заготовок.

 

Сварные (комбинированные) заготовки

Технологические припуски на сварные и комбинированные заготовки устанавливают в зависимости от наибольшего размера обрабатываемой поверхности и размера между технологической базой и поверхностью, подлежащей обработке (рис. 4.1, а). Под наибольшим размером А условно принимают большую сторону прямоугольника, описывающего общий контур обрабатываемой поверхности. Припуск В на обработку поверхностей, располо­женных в одной плоскости, но на различном расстоянии от тех­нологической базы, должен быть одинаковым. Под наибольши­ми размерами Н ₁ и Н ₂ между обрабатываемыми плоскостями по­нимают максимальное расстояние между обрабатываемыми элементами сварной заготовки, включая их длины. Учитывают также наибольшее расстояние от технологической базы до обра­батываемой поверхности.

Рис. 4.1. Припуски на плоские (а) и цилиндрические (6) поверхности сварных конструкций

 

После обработки плоских элементов металлоконструкций их толщина не должна быть меньше 3 мм. Значения припусков для них приведены в табл. 4.1.

Для цилиндрических поверхностей припуск В назначают в зависимости от их радиуса R (рис. 4.1, б). В качестве определя­ющих параметров используют наибольшую длину образующей Б или расстояние Н между технологической базой и центром ци­линдрической поверхности. Припуски на обработку цилиндри­ческих поверхностей приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.1

Припуск В на обработку плоских поверхностей, мм

H 1; H 2	B при А, равном
	100	250	500	1000	2000	3000	4000	5000
50 250 500 1000 2500 5000 10000 15000	4 5 5 5 6 10 12 15	5 5 5 5 8 10 15 15	5 5 8 10 10 15 15 15	5 8 10 10 15 15 18 18	10 10 12 15 15 15 20 20	10 12 15 15 15 18 22 22	12 15 15 15 18 20 22 22	15 15 15 15 18 20 22 22

 

Таблица 4.2

Припуск В на обработку цилиндрических поверхностей, мм

H 1; H 2	B при А, равном
	100	250	500	1000	2000	3000	4000	5000
100 250 500 1000 2000 3000 4000 5000	5 6 8 10 12 12 12 15	6 8 10 12 12 12 15 15	8 10 12 15 15 15 18 18	10 12 15 15 18 18 20 20	12 12 15 18 18 20 20 20	12 12 15 18 20 20 22 22	12 15 18 20 20 22 22 22	15 15 18 20 22 22 22 22

 

 

С учетом правки заготовок значения припусков можно сни­зить на 30 %. Если конструкции изготовлены из средне- и вы­сокоуглеродистых сталей, то приведенные в табл. 4.1, 4.2 значе­ния припусков следует увеличить на 30 %.

При изготовлении деталей по разовым заказам допускается увеличивать табличные значения припусков на 15 %, но не бо­лее чем на 3 мм.

Разметка заготовок

 

Специфичными и трудоемкими в условиях единичного про­изводства являются разметочные операции. Их применяют для нанесения установочных базовых рисок, необходимых для дальнейшей механической обработки, границ снятия припуска и гра­ниц обработки; правильного распределения припуска на обра­ботку; контроля геометрических форм и размеров заготовок и деталей. Разметочная операция связана с процессом вычерчива­ния на поверхностях заготовки различных геометрических эле­ментов, заданных на рабочем чертеже. Плоскостную или про­странственную разметку применяют в соответствии с характе­ром размечаемой поверхности.

Построение того или иного геометрического элемента связа­но с необходимостью задания вычерчивающему инструменту строго определенной траектории движения, которая, в свою оче­редь, определяется характером кинематических связей между при­меняемыми для разметки инструментами, обусловливающими их взаимные перемещения.

В случае разметки прямой линии специальной чертилкой пос­ледней необходимо обеспечить прямолинейное движение, для чего

используют кинематическую связь, представленную в виде простей­шей поступательной пары, у ко­торой одним соединяемым звеном является линейка 1, а другим — чертилка 3 (рис. 4.2). Линейка не­подвижно связана с размечаемой поверхностью 4, чертилку переме­щают по направляющим поверхностям 2 и 3.

Рис. 4.2. Плоскостная разметка прямой линии

 

С помощью пространственных кинематических связей, реализу­емых с помощью соответствующих разметочных инструментов и приспособлений, осуществляют пространственную разметку. В связи с необходимостью разметки деталей самых разнообраз­ных конфигураций и размеров используют большое число уни­версальных и специальных разметочных инструментов: универ­сальные и плоские чертилки, кернеры, рейсмусы, центроиска- тели, штангенциркули и т. п. Эффективным путем уменьшения трудоемкости разметочных операций является развитие методов разметки по шаблонам.

Все разметочные работы предусматривают использование кон­трольно-измерительных инструментов и приспособлений универ­сального и специального назначения. Линейные размеры контролируют стальными линейками, рулетками и наборами плиток концевых мер, угловые — угольниками и угломерами.

Важным вопросом при проектировании операции разметки является выбор баз. Необходимо определить какими поверхно­стями заготовку следует устанавливать на разметочную плиту и от каких базироваться при разметке. Назначенные базовые по­верхности заносят в операционные разметочные карты. Для слу­чая плоскостной разметки рекомендуется следующий порядок выполнения приемов работы. Сначала выбирают разметочные технологические базы. Ими могут быть ребра заготовок, кром­ки листов, различные риски. Приоритет здесь следует отдавать точно обработанным поверхностям. Далее проводят риски, па­раллельные базовым поверхностям, перпендикулярные им и на­клонные, а затем окружности, дуги и лекальные кривые.

При последовательном выполнении ряда графических пост­роений происходит накопление погрешности разметки, поэтому разметка дорогостоящих сложноконтурных деталей требует вы­полнения каждого элементарного построения с максимальной точностью.