Содержание:

  1. Общие сведения
  2. Памятка выбирающему заготовку
  3. Критерии выбора

Для производства деталей узлов или неразъемных сборных конструкций используют болванки, созданные литьем, нарезкой сортового и фасонного металлопроката, давлением, сваркой или другими методами. Способ изготовления влияет на механические, химические и электрические качества заготовки. Это позволяет выбрать материал и способ производства для получения с заданными свойствами. Рассмотрим, что такое заготовка детали, ее виды, а также технологии создания таких изделий.

Общие сведения

Заготовка – это черновой вариант, из которого в машиностроении создается неразъемная сборочная единица или деталь. До начала механической обработки штампованный, отлитый или вырезанный элемент носит название «болванка».

Способы изготовления деталей различны. Могут использоваться шлифовка, сварка, сверление отверстий в зависимости от таких факторов, как:

  • технологические возможности установленного в цехах оборудования;
  • величина партии и сроки ее производства;
  • конструктивные особенности модели (размер, форма);
  • физико-химические свойства материала (пластичность, способность к деформации и термообработке);
  • предписания к соблюдению размеров и к характеру поверхностей.

Исходя из свойств материала и требований к продукции, выбирают сырье и методику создания.

Различают такие виды заготовок в машиностроении:

  1. Бунтовые. Лента или проволока уложены бунтом. Подходят для производства деталей разных модификаций. Немерная длина снижает перерасход сырья.
  2. Прутковые. В эту группу входят полосы, тяги, прутки сортового проката. Из них путем нарезки делают различные виды заготовок из металла с небольшими размерами и массой.
  3. Штучные. Это сплавы для отливки, болванки для ковки, вырубки и штамповки. Подходят для продуктов любого размера и сложности.
  4. Порошковые. Гранулы, таблетки и пресс-порошки нужны для прессования со спеканием. Продукция почти не требует последующей обработки.

Заготовка в технологии – это подбор технологического процесса с учетом требования к сырьевой базе, точности производства и рабочих характеристик. Способ производства выбирают с учетом размера выпускаемой партии, производительности оборудования и экономичности. Перед созданием тщательно анализируют затраты, в том числе на сырье и оплату труда, и высчитывают себестоимость конечного продукта.

Цель такого анализа – найти оптимальное решение, позволяющее снизить производственные затраты и получить вещь с невысокой себестоимостью, соответствующую требованиям ГОСТ. Это актуально как при изготовлении уже разработанных машин, так и при проектировании и создании новой техники.

При выборе способов изготовления обращают внимание на такие факторы, как:

  • вид ресурса, предназначенного для обработки;
  • масса, размер и конфигурация изделия;
  • условия, при которых будет эксплуатироваться деталь;
  • экономичность методики.

При малых объемах или штучном изготовлении выбирают метод с минимальными затратами на производство. Здесь чаще создается грубая болванка, которая затем шлифуется различным оборудованием до получения заданных свойств.

В машиностроении могут быть использованы разные способы получения заготовок, например:

  • литье;
  • ковка;
  • штамповка;
  • точная вырубка;
  • прессование;
  • резка;
  • изготовление из проката;
  • сварка;
  • комбинированный метод.

Методы получения заготовок подбираются с учетом предъявляемых требований: точность, характер сырьевой базы (могут соединяться однородные или разнородные структуры), себестоимость, технические характеристики, физико-химические свойства и еще ряд параметров. Методика выбирается с помощью анализа рентабельности и сложных расчетов.

Литье

При таком способе производства заготовок литейная форма заполняется расплавленным веществом. Литье подходит для создания элементов из плавких металлов и термопластичных пластмасс. При отливке применяют практически все виды сплавов металлов и некоторые неметаллические структуры. Метод применяют для создания как простых, так и сложных моделей.

Такой способ изготовления, как литье, предполагает использование различных методик:

  1. Литье в песчано-глинистые формы. Такие материалы способны выдерживать высокие температуры, стоят дешево. Подготовка формы производится с помощью шаблона из дерева или других недорогих основ с похожими свойствами. Применяются для чугуна и других тугоплавких металлов.
  2. Литье в формы из металла (кокиль). Подходит для легкоплавких материалов.
  3. Литье в оболочковые формы. Вместо глины используется смола, что в комбинации с песком дает возможность создать жаропрочную оболочку. Повышает точность литья изделий из чугуна, стали и других тугоплавких металлов.
  4. Литье в стержневые формы. Их можно назвать одной из разновидностей песчано-глинистых. Характерное отличие: внутри имеются стержни для формирования полостей в болванке.
  5. Литье по выплавляемым моделям. Применяется, когда требуется повышенная точность при высокотемпературной отливке. Отливая таким способом сталь, чугун, цветные металлы, можно практически полностью избежать механической обработки. Часто такой способ изготовления используют для отливки судовых винтов, колоколов соборов, деталей по индивидуальному проекту.
  6. Литье в кокиль под давлением. Для ускорения заполнения формы легкоплавким материалом применяют газ под давлением. Метод повышает точность изготовления и помогает создавать ровные поверхности, почти не требующие доработки.
  7. Центробежное литье. В момент заполнения кокиль вращается вокруг своей оси. Методика подходит для пустотелых заготовок.
  8. Электрошлаковая отливка. Применение вакуума помогает снизить содержание посторонних газов и разных неметаллических включений, улучшить показатели пластичности и вязкости. Электрошлаковая отливка нужна для броневых листов, стволов артиллерийских орудий, компонентов газовых турбин и других элементов, где обязательно сочетание точности исполнения и прочностных характеристик.

Методы получения заготовок в машиностроении с помощью отливки подбираются индивидуально. Критерием выбора служат требования к изделию (точность, рабочие параметры) и характер материала. Например, способы литья для чугуна не подойдут для термопластичной пластмассы и легкоплавких сплавов.

Производство заготовок с использованием отливки, по сравнению с другими способами, имеет несколько плюсов:

  • невысокая стоимость;
  • универсальность (подходит практически для всех материалов, способных подвергаться плавлению);
  • создание изделий с любыми габаритами и весом;
  • неограниченное количество форм (от простых до очень сложных);
  • возможность отливать компоненты из металлов, сложно поддающихся другим видам обработки (резке, пластическому деформированию).

Методы изготовления отливкой оптимальны примерно для 80–85 % заготовок, необходимых для машиностроения.

Однако литье имеет несколько недостатков: высокий расход материала, крупные припуски, а также сложности при создании требуемых условий труда сотрудникам.

Если отливка идет в одноразовые формы, то необходимо наладить регулярные поставки песка, глины и смолы.

Штамповка 

Такой способ подходит для создания заготовок сложной конфигурации. При формировании изделия используются специальные штампы-матрицы, состоящие из одной или двух частей. Изготовление заготовок из металла штамповкой дает возможность получить элемент с высокими показателями прочности и избежать перерасхода сырья.

Выделяют несколько разновидностей штамповки:

  • Для жидкого материала. По сравнению с литьем штамповка помогает уменьшить расход металла почти вдвое, а для производства не нужно сложное оборудование. Штампование расплавленного сырья может проводиться с применением вакуумного всасывания, выжимания, с кристаллизацией под поршневым давлением, непрерывным литьем или другими методами.
  • Холодная объемная штамповка. Сырье не подогревают перед обработкой. Для формирования необходимой деформации применяется протягивание, калибровка, чеканка и прочие методики, помогающие повысить прочность материала и придать ему требуемую форму. Основная сфера применения – изготовление крепежей.
  • Холодная листовая штамповка. Подходит для создания тонкостенных элементов. Характеризуется высокой точностью, производительностью и экономичностью. Имеется два варианта формирования заготовок: разделение (выдавливается форма по матрице) и деформация на специализированных станках.
  • Горячая листовая штамповка. По технологии схожа с холодной, но перед обработкой стальной лист нагревают до нужной температуры в печах различного типа. Нагрев придает штампованной заготовке дополнительную прочность.

Штамповка удобна, экономична и помогает снизить расход материала.

С помощью горячей и холодной штамповки делают метизы и заготовки деталей для тракторов, автомобилей и станков, но эта методика не универсальна. У нее есть свои плюсы и минусы.

Заготовка детали с помощью штамповки имеет несколько преимуществ:

  • высокая производительность;
  • возможность создания элементов со сложной конфигурацией;
  • экономичность (по сравнению с литьем и некоторыми другими способами расход сырья ниже);
  • возможность полной автоматизации процесса.

Имеется и несколько минусов, ограничивающих использование штамповки:

  1. Необходимость в индивидуальной матрице, которая создается для каждой заготовки. Штамп выгодно применять только на крупных партиях, небольшие серии или индивидуальные проекты будут стоить дорого.
  2. Ограничение по массе. При штамповании для отделения формы требуются большие усилия, поэтому метод не подходит для крупных изделий.

Также для использования этой технологии понадобится мощное производительное оборудование.

Штамповки характеризуются гладкостью поверхностей, точностью и малыми припусками, поэтому им практически не требуется финишная коррекция, а перерасход материала небольшой. Метод часто применяют, когда из-за сложной геометрической структуры изделия последующая механическая обработка почти невозможна или сильно затруднена, а требования к качеству повышены.

Ковка (поковка)

Способы получения заготовок в машиностроении с помощью обработки металла давлением называется ковкой или поковкой. Последнее понятие применяют, когда обозначают обработку металла на ковочном станке. Болванки формирует машина, ручная ковка на массовом производстве невыгодна.

Выделяют два вида обработки металлического сырья ковкой:

  • Высокотемпературный. Металл нагревается в специальной печи до ковочной температуры, а затем инструментом ему придается нужная форма на горизонтально-ковочной машине. Горячий метод получения заготовки дает возможность повысить прочность изделия и изготовить вещь с конфигурацией любой сложности.
  • Холодный. Деформация происходит на специализированном станке. Такая обработка уменьшает прочность металла, поэтому ее используют редко. Например, когда нужно изготовить сложную деталь, которая не будет подвергаться большой нагрузке в процессе эксплуатации.

Точная вырубка

При таком методе из листового проката вырубаются плоские детали (кожухи, обтекатели, звездочки). Метод не требует больших затрат, может быть автоматизирован для повышения производительности. Сырьем для изготовления чаще служит легированная или нержавеющая сталь, но могут использоваться и другие сплавы.

Прессование

Необходимая форма придается с помощью выдавливания усилием пресс-штемпеля заготовочного материала через отверстие матрицы. Размеры и конфигурация отверстия соответствуют параметрам создаваемого изделия.

Прессование бывает однократным и многократным. Деформационное упрочнение значительно повышает прочность.

Может проводиться прессование с последующим спеканием для порошкового сырья. Спекание делает структуру практически монолитной, обеспечивая высокую прочность изделия.

К преимуществам прессования относят низкие потери сырья при формировании заготовки, а к недостаткам – ограниченность в выборе подходящего материала.

Резка

Раскрой листа нержавейки, меди, алюминия, нарезка сортового и фасонного проката может проводиться с использованием различных технологий:

  1. Лазер. Лазерный луч позволяет провести раскрой предельно точно, оставляя ровный, практически не требующий обработки срез. Лазерный способ получения заготовки подходит для листового проката не толще 20 мм. Методика также дает возможность вырезать фигуры со сложной геометрией.
  2. Плазма. Тонкий луч из смеси воздуха с инертным газом разогревается до высоких температур. Плазменная струя легко разрезает толстые пластины из металла в любом направлении, оставляя ровный край. Как и лазер, плазма позволяет выкраивать заготовки со сложной конфигурацией. Имеет незначительный недостаток: при разрезании металлических элементов с высокой проводимостью возможно оплавление краев.
  3. Ленточнопильный станок. Узкопрофильное оборудование, позволяющее нарезать металлические ленты нужной ширины с точностью до миллиметра. При этом срез выходит ровным, последующая коррекция практически не требуется. Этот метод получения заготовки подходит, если нужна простая конфигурация детали.
  4. Гидрорезка. Новейшая технология, где раскрой происходит с помощью смешанной с абразивом струи воды. Точно разрезает металл любой толщины, а края не требуют дополнительной обработки.

Какая методика изготовления будет выбрана, зависит от технических возможностей и финансовых ресурсов. Гидрорезка раскраивает точно, дает возможность вырезать изделие со сложной геометрией, отличается высокой производительностью и универсальностью. Подходит для любых металлов, даже имеющих высокую теплопроводность. Минус у гидроабразивной резки один: оборудование и расходные материалы стоят дорого, что повышает стоимость создаваемой заготовки.

Плазма по эффективности немного уступает гидрорезке и может оплавить край, но это незначительный минус. Плазменная резка дешевле и обеспечивает точность раскроя.

Лазер подойдет, когда требуется провести раскрой алюминия, сплавов цветных металлов или стали. Лазерная резка стоит недорого, помогает выкроить изделие любой формы и отличается высокой производительностью. Лазером можно разрезать все виды сплавов.

Дешевый ленточнопильный станок подходит только для создания ленточных заготовок.

Другие способы изготовления деталей с помощью резки малопроизводительны, поэтому в машиностроении не применяются.

Из металлопроката

Заготовки из проката часто применяются в машиностроении. Для производства деталей используют сортовой металлопрокат таких форм, как:

  • круг;
  • квадрат;
  • полоска;
  • шестигранник.

Также заготовки из проката могут создаваться из уголков, швеллеров, балок и других видов фасонных изделий и металлических листов.

Нарезка металлопроката проводится на токарно-отрезных, ленточнопильных и дисковых станках, но производительность таких способов резки невысокая.

Резка заготовки из металла лазером или другими современными методами ускорит процесс, однако стоимость созданных изделий окажется выше.

Выбирая, чем резать металлопрокат, учитывают не только производительность, но и экономическую целесообразность метода.

Помимо раскроя, для придания нужной конфигурации используется гибка и некоторые другие виды обработки металла.

Сварка

Способы изготовления заготовок с помощью разных видов сварки под давлением позволяют получить неразъемную конструкцию из разных сплавов металлов и других материалов. Сварочная технология дает возможность надежно соединять компоненты любой конфигурации и толщины.

Сварка под давлением стыковать очищенные неотполированные поверхности друг с другом. Может производиться холодным и горячим способом. Метод подходит для сплавов, имеющих низкое сопротивление пластическому деформированию, высокий показатель текучести и пластичности в холодном состоянии. Используют разные методы сварки:

  1. Контактная электрическая. Соединяемые поверхности подогреваются электрическим током. Процесс проводится в специализированной камере, где есть источник и прерыватель тока, а также механизм для зажатия и сдавления элементов.
  2. Стыковая контактная. Свариваемые изделия плотно прижимаются друг к другу и фиксируются зажимами, а затем используется электрический ток. Стыковая сварка применяется при производстве заготовок большого размера.
  3. Точечная. Подходит для конструкций из листового проката или стержней. Компоненты размещают внахлест, плотно прижимают и соединяют сваркой, создавая необходимое для фиксации количество точек. Метод применяют в вагоностроении, автостроении и других областях машиностроения.
  4. Шовная. Формируется прочный герметичный шов, способный выдерживать большие нагрузки. Подходит для металла толщиной до 5 мм.
  5. Конденсаторная. Процесс создания заготовки происходит с помощью разряда энергии, который преобразуется в тепло, обеспечивая локальный нагрев в месте сдавления. Энергия накапливается в конденсаторах, а интенсивность выброса можно контролировать, устанавливая нужные параметры зарядки и емкости. Дозировка энергии дает возможность соединять компоненты даже небольшой толщины.
  6. Диффузная. Прижатые друг к другу элементы помещаются в вакуумную камеру, где происходит их нагрев. Обработка запускает процесс диффузии, и атомы материалов образуют прочный промежуточный слой.
  7. Сварка трением. Нагретые с помощью трения поверхности помещаются в специализированную машину, где происходит пластическое деформирование.
  8. Сварка плавлением. Мощный источник тепла подается на место стыковки и материал начинает плавиться. После кристаллизации получается литой шов.

Разные способы изготовления с помощью сварки часто используют при работе с неоднородными материалами.

Комбинированные методы

При таком подходе используют два и более способа создания заготовок. Различные технологии могут комбинироваться в зависимости от материалов, назначения изделий, а также других факторов.

Памятка выбирающему заготовку

Грамотный выбор заготовки поможет свести к минимуму производственные издержки и получить вещь с нужными характеристиками при минимальных затратах на материалы и обеспечение производственного процесса.

Для создания детали подойдут разные виды получения заготовок. Рекомендуется выбирать вариант, максимально приближенный к конечному результату. Это поможет сократить потери материала и ускорить производственный цикл.

При выборе оборудования необходимо учитывать не только его производительность, но и рентабельность. Если нужно изготовить несколько десятков коленчатых валов для двигателя, то, делая выбор заготовки, стоит обратить внимание на изделия, кованные горячим методом, а если несколько тысяч – на штампованные.

Также необходимо:

  1. Учесть все особенности материала и выбрать производство с учетом выявленных характеристик. Раскрой латунных листов, проката из алюминия и некоторых видов цветных металлов хорошо проводить лазером, стальные сплавы менее требовательны к обработке и могут подвергаться разным типам резки. Сварка подходит для соединения однородных и разнородных по структуре элементов.
  2. Оценить виды заготовок и способы их получения. Когда допускается несколько вариантов производства, выбирают более экономичный. Когда затраты примерно равны, выбор делают в пользу более производительного.
  3. Обратить внимание на сложность конфигурации изделия. Штамповка позволяет получить простые формы, а создание полостей и отверстий при этом затруднено, поэтому потребуется дополнительная обработка. Нужно учесть, какую имеет металлообработка стоимость и включить дополнительные расходы в смету. Иногда более дорогостоящий метод, при котором заготовку почти не требуется обрабатывать, может оказаться выгоднее.
  4. Рассчитать оптимальный размер припуска. Минимальный припуск должен позволять снять дефектный верхний слой (горка при литье, неровности при резке) без нарушения заданных параметров детали. Разные виды заготовок из металла имеют различную величину припуска. Иногда может потребоваться несколько операций, чтобы достичь требуемых размеров и формы.

Стоит также учитывать, что на стоимость производимого изделия влияет масса и сложность геометрии поверхности. Часто сильно повышает цену производства вес, ведь для тяжелой продукции требуется более мощное оборудование. При штамповке отмечается обратное: чем крупнее матрица, тем дешевле будет изделие. Это хорошо заметно при выпуске крупных партий.

В машиностроении чаще всего применяется литье. По сравнению с другими методами отливка позволяет получить продукцию любой конфигурации с точными формами. Вес отливаемого изделия может составлять от нескольких граммов до сотен килограммов. Отливки больших заготовок помогают удешевить производство за счет создания крупных форм и при этом получить продукт с точным соответствием заданным свойствам.

Критерии выбора

Что называется заготовкой? Это изделие, по своим характеристикам максимально приближенное к детали, которая впоследствии будет изготовлена. Особенности болванки заранее просчитывают при составлении проекта, выбирая наиболее экономичный и производительный вариант с учетом всех особенностей материалов и производства.

Перед созданием заготовок необходимо:

  • определить параметры статистических, динамических, температурных и других нагрузок;
  • создать чертеж изделия с указанием всех размеров;
  • уточнить материал и его характеристики.

Далее можно делать выбор заготовки с учетом таких факторов:

  1. Материал. Для стали подходит прокат, ковка и штамповка, литье используется реже. При работе с чугуном лучше выбрать любой из способов отливки. Цветные металлы обрабатывают прокатом или литьем, также может применяться штамповка. Для других материалов учитываются параметры свариваемости, штампуемости, способность к резке.
  2. Для чего используют заготовки. Важны особенности эксплуатации детали, которая впоследствии будет изготовлена: расположение в узле и механизме, ее предназначение, особенности работы, нагрузки в процессе эксплуатации.
  3. Конфигурация. Для простых небольших элементов подойдет недорогой металлопрокат, крупные изделия производят с помощью поковки, отливка и штамповка из-за высокой стоимости применяются реже. Модели со сложной геометрической структурой создают литьем или штампуют.
  4. Требования к точности. При применении одних технологических процессов дополнительная обработка не требуется, или она минимальна. Выпущенный продукт практически точно соответствует размерам детали. При других производственных методах заготовка получается грубой, и ее нужно обрабатывать разными способами. Себестоимость одного высокоточного изделия выше, но при массовом производстве экономится время и снижаются расходы на обрабатывающие манипуляции, что позволяет снизить цену выпущенной единицы. При изготовлении на заказ или выпуске маленьких партий оптимально создать грубую заготовку, а затем обработать ее до нужной конфигурации.
  5. Производственные возможности. Это следует учитывать, когда имеется различное оборудование. Штамповку можно изготовить на кривошипном горячештамповочном или электровинтовом прессе, на паровом молоте. Самый дешевый вариант – паровой молот, но здесь возможны отклонения по величине и потребуется дополнительная механическая коррекция. Продукция, сделанная на электровинтовом прессе, отличается высокой точностью и практически не нуждается в последующей обработке. Иногда снижение точности параметров оказывается выгоднее, чем практически полное соответствие размерам детали, поэтому при выборе способа учитывается конечная стоимость продукта. Аналогично проводят оценку других производственных методик.

В основе выбора технологии лежит технико-экономический анализ. Специалисты проводят сложные расчеты, определяя наиболее выгодные виды заготовок. При анализе учитываются издержки на материалы, создание инструментов и производство. Суммируя все факторы, удается выбрать метод, где совокупность затрат на материалы, инструменты, создание и последующую обработку изделия окажется наиболее низкой, но при этом выпускаемая продукция будет строго соответствовать нормам ГОСТ.