Изготовление точных деталей и пресс-форм для машиностроения

В машиностроении выбор материала определяется нагрузкой на деталь, рабочей скоростью, условиями износа и коррозии. Для металлических деталей с обработкой на ЧПУ и пластиковых деталей, отливаемых в пресс-формах, чаще всего применяются следующие материалы:

• Углеродистые и легированные стали: S235/S355 — корпусные и соединительные детали; C45 — валы и фланцы; улучшенная 42CrMo4 — высоконагруженные валы; цементуемая 16MnCr5 — шестерни и пальцы с упрочнённой поверхностью.
• Нержавеющие стали: 1.4301 (AISI 304) и 1.4404 (AISI 316L); коррозионная стойкость в оборудовании для пищевой промышленности и сельскохозяйственной технике.
• Алюминиевые сплавы: 6082 и 7075; лёгкие корпуса, держатели и приспособления.
• Латунь и бронза: втулки, вкладыши подшипников скольжения и поверхности скольжения.
• Инженерные пластики: POM и PA6 GF30 — шестерни, ролики и направляющие; PE-UHMW — износостойкие пластины.

Если требуется дополнительная обработка — термообработка, покрытие (цинкование, никелирование, анодирование) или шлифование, — она закладывается в производственный план с самого начала. Для пресс-форм пластиковых деталей при больших объёмах и стеклонаполненных материалах применяется закалённая инструментальная сталь 1.2343, при средних объёмах — предварительно термоупрочнённая 1.2311.

Вопрос «пресс-форма или механическая обработка?» для деталей машин решается исходя из годового объёма и геометрии детали. Деталь, которую при малых объёмах обрабатывают на ЧПУ, при росте объёмов можно гораздо экономичнее изготавливать литьём пластмасс или алюминия под давлением. При таком переходе мы перерабатываем конструкцию:

• DFM и адаптация конструкции: сплошные сечения, рассчитанные на механическую обработку, преобразуются в равномерные толщины стенок, рёбра жёсткости и литейные уклоны, пригодные для литья.
• Литьё с металлическими закладными элементами (insert): для повышения прочности в пластиковые шестерни и ролики заформовываются металлические ступицы, втулки или резьбовые вставки.
• Пластиковые шестерни: усадка учитывается по всему профилю зуба; зоны ступицы и венца охлаждаются сбалансированно.
• Резьбовые детали: для деталей с внутренней и наружной резьбой рассматриваются конструкции пресс-форм с механизмами вывинчивания или складывающимися знаками.
• Литьё алюминия под давлением: на точных участках, таких как посадочные места подшипников и крепёжные отверстия, оставляется припуск на механическую обработку после литья.

Все конструктивные решения согласовываются с заказчиком на 3D-модели, и к резке стали мы приступаем только после его утверждения.

Качество поверхности деталей машин чаще связано не с внешним видом, а с функцией: герметичностью, трением, износом и собираемостью. Поэтому требования к поверхностям следует задавать в чертеже отдельно для каждой поверхности в зависимости от её назначения.

• Поверхности после механической обработки: типичные значения — Ra 3,2 мкм для общих обработанных поверхностей, Ra 0,8–1,6 мкм для посадочных поверхностей подшипников и уплотнений, Ra 0,4 мкм и ниже для шлифованных поверхностей.
• Литые пластиковые детали: для функциональных деталей машин, как правило, достаточно электроэрозионной поверхности VDI 3400 в диапазоне 24–30 или поверхности класса SPI B–C; для поверхностей скольжения может потребоваться меньшая шероховатость.
• Отливки, полученные литьём алюминия под давлением: литая поверхность должна быть пригодна для подготовки под пескоструйную обработку, анодирование или окраску. Степень полировки формообразующей поверхности напрямую влияет на отделение отливки от формы и качество литой поверхности.
• Кромки и заусенцы: удаление заусенцев и снятие фасок на обработанных деталях — стандартная операция, обеспечивающая безопасность сборки.

Когда шероховатость указывается в чертеже в виде значений, измеряемых профилометром, критерий приёмки становится однозначным и разночтения между поставщиками исключаются.

В машиностроении допуски определяют характер сопряжения деталей. Для деталей с обработкой на ЧПУ общие допуски чаще всего задаются по ISO 2768, посадки вал-отверстие — по ISO 286; для литых пластиковых деталей применяются группы допусков ISO 20457.

На размеры пластиковых деталей влияют влагопоглощение (особенно у PA6) и изменение температуры; поэтому условия измерения (время кондиционирования, температура окружающей среды) следует указывать в чертеже. Для валов и фланцев допуски формы и расположения (ISO 1101) — биение, соосность и перпендикулярность — зачастую критичнее размерных допусков. В сборках, где литые пластиковые детали работают совместно с металлическими, размерная цепь рассчитывается целиком.

Машиностроение — область, где обработка на ЧПУ применяется наиболее интенсивно. Мы выпускаем детали в разных объёмах — от прототипов до серий — в точном соответствии с чертежом:

• Токарная обработка на ЧПУ: валы, втулки, фланцы, пальцы и заготовки шестерён; обработка наружных и внутренних диаметров, канавок и нарезание резьбы.
• Вертикальный обрабатывающий центр с ЧПУ: обработка карманов, отверстий и контуров на корпусах, кронштейнах, соединительных плитах и деталях приспособлений.
• Электроэрозионная проволочная резка и прошивка: шпоночные пазы, узкие канавки и точные профили на закалённых деталях.
• Плоское шлифование: плиты и износостойкие детали, требующие плоскостности и параллельности.

Привычка к точности, выработанная в изготовлении пресс-форм, даёт преимущество и при обработке деталей машин: на той же платформе CAD/CAM траектории инструмента моделируются, а столкновения и ошибки обработки устраняются ещё до запуска на станке. При контрактном производстве полуфабрикатов поставки выполняются партиями по графику, согласованному с планом сборки заказчика. Близость к развитой машиностроительной и сельхозмашиностроительной промышленности Коньи обеспечивает быстрое изготовление образцов и короткие сроки поставки.

Испытания и утверждение деталей машин проходят в двух формах: пробные отливки T0/T1 при литье в пресс-формах и утверждение первой детали при обработке на ЧПУ.

• Литые детали: при пробной отливке T0 проверяются заполнение, съём детали и позиционирование закладных элементов; образцы T1 представляются на утверждение с отчётом об измерениях. Пластиковые шестерни дополнительно проходят функциональную проверку в сборе — контролируются профиль зуба и биение.
• Контроль первого изделия (FAI): перед серийным производством на ЧПУ первая деталь проверяется по всем размерам и допускам формы и расположения, указанным в чертеже.
• Фиксация процесса: после утверждения фиксируются параметры литья или данные об инструменте и режимах резания на ЧПУ; повторные заказы выполняются на тех же настройках.
• Прототипы и мелкие серии: до инвестиций в пресс-форму можно провести сборочные и функциональные испытания на прототипах, обработанных на ЧПУ.

Утверждённый образец хранится как эталон для сравнения на протяжении всего серийного производства; при изменении материала или процесса утверждение первой детали проводится заново.

Качество в машиностроении — это документальное подтверждение правильных размеров, правильного материала и собираемости.

• Измерения: операционный и окончательный контроль выполняется штангенциркулями, микрометрами, индикаторами часового типа и калибрами (калибры-пробки, калибры-кольца и резьбовые калибры); для сложной геометрии в отрасли широко применяются измерения на КИМ (CMM), которые при необходимости включаются в план контроля.
• Сертификаты на материал: на стальное и алюминиевое сырьё может быть запрошен сертификат EN 10204 3.1, материал отслеживается по партиям.
• Записи о термообработке и покрытиях: результаты измерения твёрдости и документы на покрытия прикладываются к делу заказа.
• Прослеживаемость: записи о сырье, обработке и контроле связываются по номеру партии.

Для заказчиков с требованиями к качеству на основе ISO 9001 подготавливаются отчёты об измерениях и отгрузочная документация в соответствии с их требованиями к поставщикам. При выявлении несоответствия проводится анализ коренных причин, а план корректирующих действий согласовывается с заказчиком. При повторных заказах в качестве эталона используются предыдущие отчёты об измерениях, что позволяет отслеживать различия между партиями.