Факторы, определяющие выбор метода получения заготовки
Метод получения той или иной заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, а также от ее конфигурации и размеров, марки материала, типа производства и других факторов.
Наиболее сложные по конфигурации заготовки можно изготавливать методам литья. Изделия, получаемые методом обработки давлением, должны быть более простыми по форме. Изготовление в поковках отверстий и полостей объемной штамповкой в ряде случаев затруднено, а использование напусков резко увеличивает объем последующей механической обработки.
Размеры заготовок, получаемых методами литья и обработки давлением, практически не ограничиваются. Нередко определяющим параметром в этом случае являются минимальные размеры (например, минимальная толщина стенок отливки, минимальная масса поковки). Объемной штамповкой и большинством специальных способов литья получают заготовки массой до нескольких десятков килограммов.
Форма и размеры заготовок, получаемых методами порошковой металлургии, ограничены как максимальными, так и минимальными размерами. При этом площадь поперечного сечения изделий, получаемых холодным формированием порошков с последующим спеканием, может быть от 50 мм2 до 6000 мм2, высота - от 2 до 60 мм, а масса заготовок, как правило, не превышает 10 кг.
В процессе конструирования деталей выбор марки материала определяется не только условиями ее функционирования, но и условиями изготовления в реальном производстве. В то же время технологические свойства материала существенно влияют на выбор метода и способа получения заготовок. Так, серый чугун имеет прекрасные литейные свойства, но обладает низкой деформированностью и плохой свариваемостью.
Заготовки из одного и того же материала, полученные методами литья, обработки давлением и сваркой, обладают различными свойствами. Так, литой металл характеризуется большим размером зерен, неоднородностью химического состава и механических свойств по сечению отливки, наличием остаточных напряжений и т.д.
После обработки давлением заготовки имеют мелкозернистую структуру и определенную направленность расположения волокон (неметаллических включений). После холодной обработки давлением возникает наклеп, поэтому холоднокатаный металл прочнее литого в 1,5-3 раза. Пластическая деформация металла приводит к анизотропии свойств: прочность вдоль волокон (неметаллических включений) примерно на 10 - 15 % выше, чем в поперечном направлении.
Сварка приводит к образованию неоднородных структур в сварном шве и в околошовной зоне. Неоднородность зависит от вида и режима сварки. Так, наиболее резкое отличие в свойствах сварного шва возникает при ручной сварке, а электрошлаковая, автоматическая дуговая сварки обеспечивают формирование наиболее качественных однородных швов.
Программа выпуска продукции, т.е. количество изделий, выпускаемых в течение определенного времени (обычно за год), является одним из важнейших факторов, определяющих выбор метода и способа производства заготовок.
В условиях единичного производства и для простых по конфигурации деталей часто заготовками являются профили (сортовой прокат, трубы и т.п.), получаемые в условиях металлургического производства. Стоимость механической обработки заготовок при изготовлении деталей в этом случае высока. Однако такая заготовка может быть достаточно экономичной из-за низкой стоимости проката, почти полного отсутствия подготовительных операций и возможности автоматизации процесса механической обработки.
При крупносерийном и массовом производстве конструкции заготовок следует максимально приближать к конфигурациям деталей. Например, для изготовления ступенчатого вала из стали 20 целесообразно применить поковку, получаемую объемной штамповкой.
Наиболее эффективными технологическими способами изготовления заготовок в крупносерийном и массовом производстве являются специальные виды прокатки (поперечно-винтовая, поперечно-клиновая, прокатка в винтовых калибрах), которые позволяют получить периодические профили. Применение таких заготовок дает возможность повысить коэффициент использования материала и производительность труда.
При конструировании деталей необходимо учитывать возможности предприятия, на котором предполагается их изготовление. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и количестве имеющегося оборудования, производственных площадях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных служб и т.д.
В соответствии с эскизом детали, полученной на основе расчетов, выбор метода изготовления заготовки осуществляется с учетом рассмотренных факторов, которые целесообразно располагать в порядке убывания их значимости. Анализируя степень влияния рассмотренных выше факторов, выбирают один или несколько методов, обеспечивающих получение заготовок требуемого качества. На предварительном этапе выбора оптимального метода получения заготовки можно воспользоваться так называемой матрицей влияния факторов (табл. 1).
Таблица 1