Файл: Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении.pdf

ва и снижению их себестоимости, значительному росту производительности труда. Пластмассы обладают весьма ценными физико-механическими и химическими свойст­ вами, благодаря которым они находят широкое исполь­ зование в машиностроении как самостоятельные кон­ струкционные материалы и как заменители металла и других материалов.

Благодаря небольшому объемному весу пластмассы в 2 раза легче алюминия и в 5—8 раз легче стали и других металлов. По удельной прочности и механическим свой­ ствам они приближаются к металлам, а некоторые пласт­ массы превосходят их. Пластмассы весьма стойки к воз­ действию влаги и различных агрессивных сред. Им при­ сущи высокие оптические, диэлектрические, фрикционные и антифрикционные свойства. При замене черных метал­ лов литьевыми пластмассами трудоемкость снижается в 5—6, а себестоимость деталей — в 2—б раз. При приме­ нении 1 т конструкционных пластмасс можно сэкономить 3—5 т стали.

В нашей республике на текущее пятилетие разрабо­ таны меры по форсированию строительства химической промышленности и ускоренному внедрению синтетиче­ ских материалов в машиностроение. На машинострои­ тельных заводах намечено расширить действующие и организовать новые специализированные цехи и участки по переработке полимерных материалов, древопластиков, стеклопластиков и других материалов.

Наличие развитой стекольной, текстильной, деревооб­ рабатывающей и целлюлозной промышленности в БССР в совокупности с нефтеперерабатывающей создает боль­ шие предпосылки для создания производства синтетиче­ ских материалов. Из отходов, образующихся при пере­ работке нефтепродуктов и природного газа, можно полу­ чить большое количество синтетических смол, которые используются в качестве связующих веществ при произ­ водстве пластических масс.

Внедрение пластических масс в машиностроение дает возможность резко сократить затраты труда на изготов­ ление машин и оборудования, снизить их вес и себестои­ мость, повысить эксплуатационные качества, сэкономить большое количество металла. Для многих узлов деталей современных машин и приборов пластические массы являются единственно пригодным материалом.

72

Изготовление деталей из пластмасс позволит повы­ сить коэффициент использования материалов до 0,89— 0,95, что имеет огромное народнохозяйственное значение. Если делать деталь из металлов, необходимо выполнить 30—50 операций, тогда как из пластмассы — в среднем 2—3 операции. Следовательно, применение пластмасс позволяет также ускорить темпы технической подготовки производства.

Трудоемкость производства металлов и пластических масс можно охарактеризовать следующими данными. Подсчитано, что для получения кубического метра метал­ лов и пластмасс необходимо переработать сырья (в тон­ нах): чугуна — 12,6, стали — 10,2, алюминия — 15,5, никеля — 396, меди — 895, цинка — 282, полиэтилена — 1,2, полипропилена — 1,0, фенольно-формальдегидных смол — 3,2, меламино-формальдегидных смол — 1,6.

Об экономической эффективности применения пласт­ масс взамен металла свидетельствуют и такие факты: каждая тонна пластмассы при замене олова экономит от 50 до 80 тыс. руб., свинца — от 1,8 до 8,4, меди — от 1,8 до 5,4 тыс. руб. Однако стоимость аминопластов пока выше стоимости меди. Несколько меньше экономия при замене пластмассами цинка (от 0,5 до 2,3 тыс. руб.), причем амидопласты и целлопласты дороже цинка.

Повышенная химическая стойкость некоторых пла­ стических масс к действию агрессивных сред делает их превосходными заменителями нержавеющих сталей и цветных металлов. На каждой тонне фаолита или фторо­ пласта-4 в химической промышленности экономится 5— 6 т свинца или 10—15 т кислотоупорной стали. Древесно­ слоистые пластики противостоят абразивному изнашива­ нию. Вкладыши подшипников, изготовленные из древес­

Большую экономию в машиностроении дают феноль­ ные и эпоксидные смолы, обладающие высокой износо­ устойчивостью и превосходной сцепляемостыо с метал­ лами. Из них в машиностроении делают технологическую оснастку: матрицы и пуансоны штампов, пресс-формы, оболочковые формы, копиры, шаблоны, литейные модели и другие приспособления. Трудоемкость изготовления пластмассовых штампов в 2—8 раз ниже, чем металличе­

73

ских. Трудовые затраты на оболочковые формы в 4- 6 раз меньше, чем на подготовку земляных форм. Себе­ стоимость пресс-форм из пластмасс в 2—4 раза ниже себестоимости металлических пресс-форм.

Большую группу синтетических материалов составля­ ют полиамиды — твердые термопластичные полимеры. Их используют в качестве конструкционных деталей для шестерен зубчатых и червячных передач, вкладышей под­ шипников и втулок, гребневых винтов, фитингов, рукоя­ ток, трубок для гидравлических систем, масло- и бензо­ проводов, покрытий по металлу. Полиамидным смолам присущи высокая механическая прочность, износоустой­ чивость, низкий коэффициент трения, малый удельный вес, способность свариваться, хорошая сцепляемость с ме­ таллами, устойчивость к воздействию большинства орга­ нических растворителей.

Подшипники скольжения, сделанные из пластмасс, при одинаковой прочности и долговечности в 5—10 раз дешевле бронзовых и в 15 раз баббитовых.

Важнейшим представителем полиамидов является капрон. У него высокая износоустойчивость, текучесть в расплавленном состоянии, низкий коэффициент трения. Он антикоррозионен, стоек к маслам, органическим растворителям и щелочам, хорошо поддается механиче­ ской обработке. Благодаря указанным свойствам капрон пригоден для деталей, работающих в узлах трения, для деталей, армированных металлами, если они работают при значительных нагрузках, для силовых деталей, под­ вергающихся малым нагрузкам, для восстановления из­ ношенных деталей капропированием или нанесением пленок. Капроновые шестерни при сухом трении износо­ устойчивее в 100—150 раз. Следовательно, один из важ­ ных заменителей металла в машиностроении — пласт­ массы. За счет широкого их внедрения за текущее пяти­

время на автомашину пока расходуется в среднем 10 кг пластических масс, тогда как в некоторых конструкциях зарубежных легковых автомобилей из полимерных мате­ риалов сделаны почти все детали, за исключением основ­ ных узлов двигателя и шасси (табл. 17).

74

Научные исследования и опыт передовых предприятий свидетельствуют о том, что в строительно-дорожном, ком­ мунальном, торфяном и подъемно-транспортном машино­ строении имеются большие возможности внедрения пластмасс вместо металла.

В строительно-дорожном машиностроении примене­ ние полимерных материалов в конструкциях экскавато-

Т а б л и ц а 17

Средний расход пластмасс на один автомобиль в некоторых зарубежных странах

ров, башенных кранов и другого крупногабаритного высоконагруженного оборудования способствует резкому повышению эффективности работы тормозных и подшип­ никовых узлов, улучшает условия работы и снижает тру­ доемкость. В этих случаях пластмассы целесообразно использовать для изготовления кабин, подшипников скольжения, крышек, лабиринтных колец редукторов, тормозных устройств и колодок, деталей управления, трап и других деталей.

По данным Гипроторфа, из пластмасс с успехом мож­ но делать многие детали универсальных торфяных экска­ ваторов: ролики, кронштейны транспортеров, подшипни­ ки; в машинах для сбора пня — крышки редукторов, подшипники и втулки, штурвалы; в пневмоуборочных и фрезерующих машинах — кабины, корпуса, диффузоры, рабочие колеса, вентиляторы, бункеры, воздуховоды, ро­ лики, тормозные устройства и многие другие детали.

В подъемно-транспортном машиностроении (табл. 18) пластмассы весьма целесообразно применять для дета­ лей и узлов движущихся органов машины, снижение веса которых является важнейшей задачей. Кроме того, использований пластических масс может дать значитель-

75

Т а б л и ц а 18

Область применения пластмасс в подъемно­ транспортном машиностроении

ную экономию не только цветных, но и черных металлов при резком снижении трудоемкости и себестоимости про­ дукции.

Данные, приведенные в табл. 19, свидетельствуют о том, что замена цветных металлов пластмассами не толь­ ко экономит денежные средства на разнице стоимости материалов, но и снижает общий вес названных изделий. Так, при замене свинца для футеровки электролитных ванн пластмассовыми облицовками помимо экономии

76

весьма дефицитного свинца затраты на эти работы снижаются на 36—90% (табл. 20).

Большой экономический эффект дают синтетические смолы в электротехнической промышленности. Тонна эпоксидных компаундов, использованных в качестве литой изоляции в трансформаторах тока, позволяет вы-

Т а б л и ц а 20

Сравнительные цены на различные материалы и затраты на футеровку электролитных ванн площадью 10,5 м2

свободить до 2 т цветных металлов и около 9 т стально­ го проката. Если жаростойкие кремнийорганические смолы пустить для изоляции обмоток электродвигателей и генераторов, то повысятся прочность, надежность и срок эксплуатации последних. Вес энергетического обо­ рудования можно снизить на 20—30%. В кабельной про­ мышленности 1 т полиэтилена высвобождает 3 т свинца, а на каждой тонне полихлорвинилового пластика эконо­ мится около 4 т свинца.

Основной вид изоляции проводов и кабелей в элек­ тротехнической промышленности —■полихлорвиниловая оболочка, заменяющая каучук и свинец. Подсчитано, что

77

1 кг полихлорвиниловой изоляции заменяет 4 кг свинца. Если для изоляции применять только полихлорвинил, то в год будет сэкономлено свыше 400 тыс. т меди и 400 тыс. т свинца. Общая экономия от снижения капита­ ловложений, технологического оборудования, замены материалов, а также эксплуатационных расходов соста­ вит примерно 800 млн. руб. При использовании для за­ ливки трансформаторов 5000 т эпоксидных смол будет сэкономлено 24 тыс. т красной меди и 150 тыс. т черного проката. Вес и габариты трансформаторов резко снизят­ ся. Общий экономический эффект составит около 60 млн. руб. Применение полихлорвиниловой пластикатной плен­ ки в кабельной промышленности Белоруссии позволило за два года сэкономить около 12 тыс. т свинца.

В автомобильном, тракторном и сельскохозяйствен­ ном машиностроении за счет широкого внедрения пласт­ масс за текущее пятилетие предполагается сэкономить 168,6 тыс. т металла. Область их применения показана в табл. 21.

Подсчитано, что только при снижении веса двух марок автомобилей Минского автозавода за счет пластмасс на 100 кг расход горючего снижается на 0,5—0,6%, Если раньше на автомобиль МАЗ употреблялось в среднем 10 пластмассовых деталей, а на БелАЗ — 16, то теперь их предусматривается внедрить соответственно 70 и 300. Широкое внедрение пластических масс в автомобиле­ строении позволит снизить вес машин примерно на 15,% и значительно повысить их эксплуатационные качества.

Большой опыт применения пластмасс в автомобиле­ строении накоплен за рубежом. Так, на автомобилях итальянской фирмы «Фиат» вес деталей из пластмасс в среднем составляет 15 кг. Пластифицированный поли­ винилхлорид идет для топливных, водяных и тормозных шлангов, различных прокладок.

В Швеции нейлон с успехом используется на вклады­ ши шаровых шарниров рулевого управления и зубчатых колес спидометра, из полиамидных материалов делают поплавки карбюраторов и бензиновых баков. Соедини­ тельные трубы обогревателей и сопло антиобледенителей из полистирола вместо листовой стали снизили вес этих деталей примерно на 20—30%.

Фирма «Бритиш Мотор» применяет нейлоновые дета­ ли в приводах дроссельной заслонки, дверных защелках,

78

Т а б л и ц а 21

Область применения пластмасс в автомобилестроении

зубчатых колесах для спидометров, щетках стеклоочисти­ телей и других деталях. Фирма «Стандарт Триумф» на автомобиле «Геральд» удачно использовала присущую нейлону самосвязываемость и вязкость уретановых каучуков. За счет этого увеличены смена смазки в авто­ мобиле до 20 тыс. км пробега и долговечность трущихся пар.

На международной выставке «Химия-70» фирма БАСФ (ФРГ) демонстрировала 16 шестерен из пласт­ масс диаметром от 7 см до 2,5 м. Эти шестерни сделаны из ультрамида. Он обладает повышенной прочностью и износостойкостью, зубчатые передачи из такого материа­ ла могут нормально работать в диапазоне температур от —40 до + 140°С. Исследования показали, что пластмас­ совые шестерни позволяют снизить шум в 50—100 раз.

79