Получение заготовок из пластмасс

Пластмассы — неметаллические материалы, вырабатываемые из естественных и искусственных смол в смеси с другими веще­ствами, бывают термореактивными (одноразового использования) или термопластичными (не полимеризуются). К первым относят­ся фенопласты и аминопласты, ко вторым — нитрол, целлулоид, полистирол, полихлорвинил и др. При изготовлении деталей к смолам добавляют пластификаторы, наполнители, красители, огвердители.

Пластмассу обрабатывают прессованием, литьем, штамповкой, выдуванием, вакуумированием и механически. Из пластмасс из­готовляют зубчатые колеса, вкладыши подшипников качения, ло­пасти вентиляторов, наконечники для рукояток и др.

Значительное количество деталей из пластмасс получают ме­ханической обработкой (точением, растачиванием, фрезеровани­ем, сверлением). При обработке некоторых пластмасс (например, стеклотекстолита) режущий инструмент затупляется и изнаши­вается быстрее, чем при обработке металлов. Это обусловлено низкой теплопроводимостью, ухудшающей теплоотвод из зоны резания, высоким абразивным действием пластмасс, необходи­мостью применения более острых резцов (из-за относительной мягкости материала). Однако существует стойкая тенденция от­каза во всех возможных случаях от механической обработки пластмасс.

ВЫБОР ЗАГОТОВОК

Выбрать заготовку означает установить способ ее получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления. Необ­ходимо учитывать конфигурацию, размеры и вес детали. Материал заготовки должен соответствовать требованиям, предъявляемым к детали. Следует также учитывать точность и качество заготовок и периодичность их использования.

При выборе заготовок учитывают:

• назначение детали, материал и технические условия. Для этого необходимо изучить работу детали в узле или машине, устано­вить требования по прочности и ясно себе представить, с какой точность должна быть изготовлена деталь;

• масштаб и серийность выпуска. Нельзя, например, назначать изготовление штамповки без учета масштаба выпуска. При ма­лой серийности штамповка может оказаться экономически не­выгодной и заготовку лучше получать свободной ковкой, не изготовляя дорогих штампов;

• тип и конструкцию детали. Следует обращать внимание на фор­му заготовки, распределение ее массы, чтобы правильно ре­шить, отливать или штамповать деталь, либо применить другие методы получения заготовки, обеспечивающие необходимую плотность металла, снижение остаточных внутренних напряже­ний и т.п.;

• размеры деталей и оборудования для их обработки. Нельзя вы­бирать заготовку, исходя из предыдущих факторов и не считаясь с размерами заготовки, ибо на заводе может не оказаться необ­ходимого по мощности оборудования, чтобы выполнить, на­пример, штамповку; возможно, в данном случае следует перей­ти на литье и т.д.;

• экономичность изготовления заготовки. В некоторых случаях окончательное решение о выборе заготовки принимается толь­ко после технико-экономического сравнения двух и более ва­риантов.

В производственных условиях технологи заготовительного и механического цехов могут встретиться с ситуацией, когда выбор заготовки предопределен, т.е. метод изготовления заготовки опре­деленного вида производства задан конструктором, а технолог лишь уточняет его.

Вторая ситуация, когда выбор заготовки конструктор оставляет за технологом.

Первая ситуация характерна для массового, крупносерийного и серийного производств, вторая — для единичного, мелкосерий­ного и серийного.

Первый вариант — результат длительного совместного труда конструктора с технологом механического и заготовительного це­хов, основанный на опыте работы детали в процессе эксплуатации машины с учетом ее доработок и доводок. Это характерно для

большинства ответственных деталей, определяющих работоспо­собность машин, например деталей блоков цилиндров и гильз, коленчатых и распределительных валов, шатунов, поршневых ко­лец, лопаток и дисков турбин и др. Известно, что исходной заго­товкой блока цилиндров из серого чугуна автомобильного двига­теля в массовом производстве является отливка в землю при ма­шинной формовке; для блока цилиндров из алюминиевых сплавов — отливка, изготовленная литьем под давлением или в кокиль; заготовками для гильз цилиндров в массовом производстве служат отливки, выполненные методом центробежного литья.

В последнее время применяют метод центробежного литья в облицованный кокиль.

Преимущества центробежного литья и литья в кокиль позво­ляют при этом свести минимальный припуск на механическую обработку самой ответственной поверхности гильзы диаметром 120+⁰-⁰³ мм — «зеркала цилиндра» — до 2Z_{o min} = 3,5—5,5 мм.

Следует отметить, что выбор конструктором метода изготовле­ния заготовки для ответственных деталей часто носит дифферен­цированный характер. Часто для деталей массового производства разрабатывают новые процессы и специальные методы изготовле­ния заготовок. В последнем случае, учитывая, что серийным про­изводством выпускается 75—80% машиностроительной продукции, выбор технологического процесса изготовления заготовок является задачей технико-экономической, определяющей эффективность производства. В этих условиях заготовку часто выбирает технолог.

Имея чертеж исходной заготовки, чертеж детали с указанием ее конфигурации, размеров, материала, технических условий, данные по объему выпуска, нормативные материалы, заготовку выбирают в следующей последовательности: процесс, метод, оборудование. Основа процесса — принятый метод изготовления заготовки. Структура процесса, его содержание определяется степенью слож­ности изготовляемой заготовки, соответственно требует примене­ния одного или нескольких методов для его выполнения.

В первую очередь рассматривают технологические возможности материала, приведенные конструктором на чертеже детали, влия­ние степени его легирования на обрабатываемость.

Если материал детали обладает литейными свойствами и в то же время хорошо обрабатывается давлением, выбор процесса и мето­да изготовления заготовки связывают с обеспечением заданного качества детали, т.е. с техническим условием на изготовление.

В результате анализа исключают многие процессы и методы, устанавливают степень технического совершенства принятых ре­шений, выбирают возможные варианты, уточняют их.

Для полной оценки варианта, если располагают материалами, выполняют технико-экономический анализ, критерий которого себестоимость. Варианты сравнивают по изменяющимся статьям затрат: стоимости материала, инструмента, технологической оснастки (штампы, пресс-формы, формы, модели и т.д.), оборудо­вания; заработной плате; электроэнергии. Учитывают и другие статьи затрат, если они приводят к значительному изменению ва­рианта.

Подобный расчет требует большого количества нормативных, справочных и фактических данных, поэтому затруднителен для выполнения. На практике для ориентировочных расчетов по эко­номике используют статистические материалы, приложения, гра­фические зависимости и т.п.

Опыт показывает, что в большинстве вариантов затраты на ма­териал при определении себестоимости заготовки являются опре­деляющими и зависят от потерь металла, которые достаточно ве­лики.

В станкостроении потери металла при производстве отливок средней сложности из стали и чугуна составляют 35—54%, а при изготовлении исходных заготовок методами пластических дефор­маций 5—37%. Особенно велики потери металла при ковке из слит­ков на молоте (29—37%) и прессе (20—33%). При штамповке из проката на молотах потери 13—26%, а на ГКМ — 5-13%.

Потери металла в стружку при механической обработке также зависят от исходных заготовок и составляют 30—50% для прутков стального проката, 30—45% для поковок, 10—30% для штампован­ных поковок, 15—20% для чугунных отливок в песчаные формы и 10—15% для оболочкового литья.

Потери металла в стружку частично компенсируются при ее переплавке, однако 20% металла стружки уходит на угар, часть улетучивается при окислении, теряется при транспортировке.

В среднем около 20% металла теряется при изготовлении поко­вок на молотах и прессах и 30—35% при их последующей механи­ческой обработке. Отсюда следует: общие потери металла при из­готовлении деталей из таких поковок составляют 50%. Поэтому выбор метода с малыми припусками всегда приводит к снижению трудоемкости и себестоимости изготовления детали.

Использование комплексных заготовок для групп деталей при­водит к экономии затрат на технологическую оснастку и при чер­новой обработке. При выборе заготовки необходимо учитывать одновременное влияние всех перечисленных факторов. Оконча­тельное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА

ОФОРМЛЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ ЗАГОТОВОК

Основанием для оформления чертежа заготовки служит чертеж детали. Для обеспечения качества изготовления заготовки необхо­димо при оформлении чертежа соблюдать некоторые основные правила.

Для литых заготовок:

• избегать резких переходов от толстых сечений к тонким; необ­ходимо предусматривать плавные переходы в местах сопряже­ния толстых и тонких сечений. Несоблюдение этих условий вызывает образование усадочных трещин и раковин;

• добиваться возможно меньшей толщины стенки отливки;

• избегать больших горизонтальных плоскостей, образованных при заливке кверху, так как на этих плоскостях могут задержи­ваться газы, образующиеся в форме и выделяющиеся из металла;

• конструкция отливки должна обеспечивать возможность бес­препятственного заполнения ее формы металлом;

• предусматривать литейные уклоны, обеспечивающие выемку модели из формы;

• предусматривать закругления в сопряжениях плоскостей (за­кругления предотвращают появление трещин);

• отверстия с точными межцентровыми расстояниями или близ­ко расположенные одно к другому лучше обрабатывать сверле­нием;

• отклонения на размеры обрабатываемых поверхностей простав­лять симметрично. Отклонения на свободные размеры, т.е. на те размеры, точность которых обеспечивается литьем, простав­ляются на чертежах заготовок с учетом точности литейной опе­рации;

• при конструировании модели, кокиля, пресс-формы все разме­ры, формирующие заготовку, увеличивать на величину литей­-

• ной усадки, которая зависит от метода литья и материала отли­вок.

Для штампованных заготовок:

• при штамповке в открытом штампе линию разъема выбирать с учетом возможности извлечения заготовки из штампа. Углуб­ление в теле заготовки можно получить только в направлении удара. При безоблойной штамповке линию разъема назначают в полости, где заполнение матрицы металлом происходит в последнюю очередь;

• в направлении движения пуансона предусматривать штампо­вочные уклоны, обеспечивающие извлечение заготовки из мат­рицы;

• кромки заготовок должны иметь радиус скругления, предохра­няющие грани штампа от износа;

• образование сквозных отверстий в процессе штамповки невоз­можно; с целью уменьшения последующей механической обра­ботки в чертеже заготовки делают наметку отверстия с толщи­ной перемычки не менее 3 мм;

• отклонение на размеры обрабатываемых поверхностей простав­лять асимметрично. Верхнее отклонение соответствует 62—66% от допуска.

Для штамповок из цветных сплавов характер простановки от­клонений не изменяется, но значительно изменяется величина допуска в сторону его уменьшения.

При оформлении чертежа заготовки размеры на обрабатыва­емые поверхности проставляются с учетом припуска и допуска­емых отклонений по точности заготовительной операции. Услов­ную величину припуска на совмещенном чертеже детали и заго­товки допускается показывать перекрестной штриховкой.

Пример оформления разработанного чертежа поковки приведен на рис. 3.8.

 

 

Рис. 3.8. Пример оформления разработанного чертежа отливки;

тонкими линиями показан контур детали