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

оправдывает затраты на повышение трудоемкости. При­ чем отходы металла при разделке на заготовки повыша­ ются с увеличением диаметра исходного материала.

Экономические расчеты показывают, что отходы и потери при разделке исходного материала на 17 наиме­ нований заготовок для получения поковок и штамповок на детали трактора «Беларусь» составляют около 10% веса заготовок.

При разделке сортового проката на заготовки пилами или горячей рубкой большое количество металла идет в отходы, не обеспечивается точность геометрической фор­ мы, не удается достичь высокой производительности труда.

Способ получения мерных заготовок холодной ломкой применяется в основном при разделке крупных профи­ лей на специальных кривошипных или универсальных гидравлических прессах. Холоднолом не дает отходов на обсечку, уменьшает потери на угар, выявляет внутрен­ ние дефекты в металле и тем самым уменьшает брак изделий. К недостаткам этого метода относятся: неперпендикулярность к оси и неплоскостойкость торцов, нестабильность размеров и веса отрезаемых заготовок.

Резка на ножницах применяется преимущественно для заготовок сравнительно небольшого и среднего диаметра. Этот способ резки почти не дает отходов. Однако при таком технологическом процессе заготовка, отрезаемая механическими ножницами, получается эксцентричной, с деформированными краями и неравно­ мерной твердостью. В связи с этим заготовки из высоко­ углеродистых и легированных сталей приходится допол­ нительно чеканить, калибровать или отжигать.

Одним из прогрессивных методов разделки профиль­ ного проката является резка на прессножницах с пред­ варительным местным индукционным подогревом метал­ ла. Опыт применения индукционного подогрева проката перед рубкой на прессножницах на ленинградских заво­ дах свидетельствует о том, что в зависимости от диамет­ ра проката на заготовке в среднем экономится от 70 до 600 г металла. Например, при разрезе прутков из стали марки Х21Н5Т диаметром до 90 мм на обрезном станке с шириной прореза дисковой пилой 5 мм производитель­ ность равна 10 заготовкам в час. При такой технологии уходит в опилки до 250 г металла на каждую заготовку.

100

С применением индукционного метода подогрева при разделке проката на прессножницах производительность возросла до 240 заготовок в час, а отходы металла сокра­ тились в 3—4 раза. Трудоемкость на 1 т заготовок по новой технологии снизилась на 60%!.

Применяющиеся способы резки сортового проката при статическом приложении нагрузки не обеспечивают высокого качества торцевой поверхности и дают большие отклонения в весе заготовки. Исследования показывают, что при статической нагрузке пластическая деформация распространяется на все зерна и разрушение наступает при средних значениях напряжений во всех кристаллитах.

В ЭНИКМАШ созданы образцы сортовых ножниц для качественной резки сдвигом и готовится техническая до­ кументация для их серийного выпуска. Проведенные в этом институте исследования подтвердили возможность улучшения качества поверхности скола при резке сорто­ вого проката на заготовки путем приложения цикличе­ ской нагрузки.

В последние годы как у нас в стране, так и за рубе­ жом уделяется большое внимание изучению процесса безотходной резки сортового проката на заготовки в со­ четании с высоким качеством. Для этой цели создаются эффективные штампы, сортовые ножницы и пилы для резки заготовок из прутков углеродистых и легирован­ ных сталей.

При формообразовании деталей в закрытых штампах большое значение имеет вес заготовок как непосредст­ венный показатель ее объема, а поэтому точность веса необходимо выдерживать более строго, чем диаметр и высоту заготовки. Широкое применение приспособлений для весового (объемного) дозирования заготовок при резке их из горячекатаного проката является важной за­ дачей в области кузнечно-штамповочного производства.

Наиболее универсальны и удобны в . эксплуатации устройства для весового дозирования, разработанные коллективом Харьковского филиала Института автома­ тики. Аналогичные устройства применяются на Харьков­ ском тракторном, Ижевском металлургическом и других заводах. Большую работу по оснащению кузнечного про­ изводства устройствами для весового дозирования прово­ дят Московский станкоинструментальный институт, ЭНИКМАШ и другие организации.

101

Большое внимание точности объемного дозирования заготовок уделяется многими зарубежными фирмами. Например, одна из фирм ФРГ экспонировала на париж­ ской выставке электронные устройства для весового дози­ рования заготовок вместе с гидромеханическими ножни­ цами. Фирма «Рипаблик» гидравлическими ножницами разрезает прутки на заготовки диаметром до 48 мм и весом от 680 г до 9 кг с выдержкой весового допуска до 7 г. Такая точность дозировки по весу заготовок особенно нужна для холодной обработки металла в закрытых штампах. Гидравлическими пилами фирмы «Геллер» режутся прутки диаметром свыше 48 мм на заготовки для холодного прессования валов и других изделий. Эта машина автоматически захватывает пруток, продвигает его до упора, зажимает и подает режущую каретку с пилой в исходное положение. Отрезанные заготовки можно не отжигать, они получаются более чистыми и не нуждаются в подчеканке и калибровании.

Однако способа разделки сортового проката для объемной штамповки, отвечающего в полной мере требо­ ваниям к геометрической форме и дозированию загото­ вок по весу (объему), в настоящее время пока нет. Пред­ стоит еще многое сделать в области совершенствования существующих и разработки новых методов резки заго­ товок.

Борьба с потерями металла на угар и отходами в окалину. Важнейшим условием экономии металла в куз­ нечно-штамповочном производстве является борьба с по­ терями металла на угар и отходами в окалину. Потери металла на угар и окалину при однократном нагреве в пламенных печах в зависимости от сечения заготовки со­

веса нагреваемой части заготовки, а при нагреве токами, высокой частоты — 0,5-Н%. При повторном нагреве за­ готовок потери металла увеличиваются на 1 —1,5%.

Общий недостаток всех нагревательных печей — не­ избежность окалинообразовакия при высоких температу­ рах нагрева. При нагреве металла в пламенных печах, подаче его к молоту или прессу, ковке или штамповке, а также при последующем охлаждении происходит окис­ ление, что приводит к выгоранию углерода в поверхност­ ных слоях поковки и образованию окалины. Режим

102

охлаждения поковок после ковки имеет не менее сущест­ венное значение, чем режим нагрева. Слишком быстрое охлаждение ведет к образованию наружных трещин. Чем больше размер поковки и чем меньше теплопроводность металла, тем медленнее она должна охлаждаться.

При всех методах горячей штамповки затраты на на­ грев заготовок составляют около 30% общей себестоимо­ сти изделия. Они обычно больше, чем заработная плата. Потери металла на угар и окалину зависят от многих факторов: влияния конструкции печей и ее атмосферы, отношения площади нагревателя металла к его объему и т. д.

Научно-исследовательский институт планирования и нормативов при Госплане СССР (НИИПиН) рекоменду­ ет машиностроительным и металлообрабатывающим предприятиям пользоваться нормативами технологиче­ ских потерь и отходов при нагреве стальных заготовок в зависимости от нагревательных устройств и веса загото­ вок (табл.31).

В последние годы удалось до некоторой степени решить проблему горячего деформирования металла без окисления и обезуглероживания путем применения в на­ гревательных устройствах более слабой окислительной атмосферы и контролируемой защитной или нейтральной атмосферы, предохраняющей металл от окисления.

При защитной атмосфере снижается окалина и улуч­ шаются физико-химические свойства стали, что увеличи-

Т а б л и ца 31

Нормативы технологических отходов и потерь металла при нагреве стальных заготовок, разработанные

НИИПиНом при Госплане СССР

103

вает срок службы деталей. Так, некоторые современные кузнечные печи имеют пространство, которое во время работы печи заполняется азотом, служащим защитным газом. В таких печах можно получать заготовки без окисления.

Многолетняя практика эксплуатации печей безокислительного нагрева показывает, что производительность труда в кузнечных цехах увеличивается на 10—15%. От сокращения потерь металла на угар и снижения при­ пусков на. механическую обработку экономится около 8% металла от веса нагреваемой заготовки.

При нагреве 160 наименований заготовок в атмосфере эндогаза на одном из машиностроительных заводов Ленинграда даже при двукратном нагреве потери на угар уменьшились на 2,5%. При этом около 25% таких заготовок переведено на точную штамповку без после­ дующей обработки резанием наружного контура.

Большой вклад в совершенствование безокислительных методов нагрева стальных заготовок вносят белорус­ ские ученые и производственники. Так, в Институте теп­ ло- и массообмена Академии наук БССР разработан способ безокислительного нагрева металла в кипящем слое. Коллектив Минского СКВ Минавтопрома СССР

впервые в стране собрал механизированный агрегат для безокислительного нагрева заготовок в открытом пламе­ ни. Его коэффициент полезного использования в 2 раза выше, чем у действующих в настоящее время нагрева­ тельных устройств, а потери металла в окалину сокраща­ ются в 2 раза.

Экспериментальные исследования, проведенные лабо­ раторией обработки металла давлением Минского трак­ торного завода совместно с ВНИИПИТеплопроект по за­ щите металла от окисления и обезуглероживания в про­ цессе нагрева и транспортировки заготовок, показали, что использование расплавов стекла как греющей среды обеспечивает полную защиту металла при нагреве и ми­ нимальное окисление поковок при охлаждении. При штамповке таких заготовок увеличивается стойкость штампов и снижается усилие деформации.

На Челябинском тракторном заводе применяется стеклообмазка для предохранения поверхности металла от окисления и обезуглероживания нагреваемого в пла­ менных и электрических печах.

104

Наряду с защитными средствами для предупреждения образования окалины большое внимание уделяется элек­ трическим способам нагрева заготовок перед штампов­ кой. Это повышает к.п.д. тепловой энергии. Электриче­

применяют нагрев в печах сопротивления, контактный и индукционный способы нагрева.

В целях экономии электроэнергии и металла компа­ ния «Ловелл Дрессел» (США) оборудовала прессы авто­ матическими установками для нагрева заготовок сопро­ тивлением. После отрезки через заготовку пропускается электрический ток, который нагревает ее до ковочной температуры. Нагретые заготовки автоматически пода­ ются к прессам. Нагрев отличается быстротой и низкой стоимостью: на нагрев 45 кг металла до температуры 1315—1375°С затрачивается 15 квт.-ч электроэнергии. При этом заготовка диаметром 38 мм и длиной 508 мм нагревается за 25 сек. Потери в окалину составляют 0,3%, тогда как в индукционных печах — 2,5, в печах, работающих на жидком топливе, — 3—4%'. При нагреве 21 кг металла на 100 деталей экономится 4 кг.

Наиболее прогрессивным методом нагрева заготовок является индукционный. Стоимость нагрева тонны поко­ вок индукционным способом по сравнению с нагревом в пламенных печах снижается на 18%, отходы металла сокращаются на 14, производительность труда увеличива­ ется на 30—40 %;. Например, применение индукционного нагрева для прутков под поперечную прокатку шаров на ГПЗ-1 дало возможность уменьшить потери на угар и отходы металла в окалину в 2 раза по сравнению с пла­ менным нагревом, увеличить производительность станков в 4 и сократить расход электроэнергии в 2—3 раза. В последние годы индукционный нагрев металла находит широкое применение в кузнечном производстве минских тракторного и автомобильного заводов, Гродненского завода карданных валов, завода «Гомсельмаш», Белорус­ ского автозавода и т. д.

К технологическим отходам металла при ковке или штамповке относятся высечки, облой, клещевина, заусе­

105

ниц и др. Например, отходы на высечку, получающиеся при образовании отверстий, зависят от способа изготов­ ления поковок. Вес отходов при высечке определяется путем умножения соответствующего объема на удельный вес металла.

Длина клещевины при штамповке на молотах опреде­ ляется в зависимости от характера и способа получения заготовки и составляет 0,2—0,8 ее диаметра. Отходы металла на облой (заусениц) при штамповке поковок на молотах зависят от линии разъема штампов, от конфигу­ рации поковки и других факторов и вычисляются в про­ центах к ее весу по нормативам, установленным для дан­ ного процесса.

Технологические отходы в виде стружки, образующие­ ся при обработке поковок и штамповок в механических цехах, в значительной мере зависят от величин допуска, напуска и припуска заготовок.

Организация производства заготовок для деталей машин с минимальными припусками, допусками и на­ пусками на обработку или вовсе не требующих дальней­ шей механической обработки резко улучшает технико­ экономические показатели в машиностроении и ме­ таллообработке, высвобождает большое количество металлорежущих станков и значительно сокращает объем последующей механической обработки заготовок.

Так как поковку по номинальным размерам изгото­ вить невозможно, то в поковочном чертеже на номиналь­ ные размеры устанавливаются допуски, которые пред­ ставляют собой возможные отклонения от номинальных размеров поковки. Практика подсказывает, что при боль­ шом допуске изготовлять детали проще и дешевле. Преувеличение допусков на промежуточные размеры усложняет выполнение технологических операций на предварительно настроенных станках, снижает точность обработки в приспособлениях, увеличивает припуски на механическую обработку и влечет за собой большие отхо­ ды металла в стружку. Применение заниженных допусков на черновые заготовки и промежуточные размеры их в процессе обработки также осложняет технологию произ­ водства, увеличивает стоимость деталей.

Если деталь имеет уступы, выемки или фланцы, то поковку такой сложной формы весьма трудно получить методами ковки или штамповки, чтобы она по форме и

106.

размерам близко приближалась к готовой детали. В та­ ких случаях назначается кузнечный напуск, который представляет собой добавление некоторого объема металла с целью упрощения конфигурации поковки.

Необходимость припуска вызывается недостаточной чистотой поверхности заготовки, неточностью ее размеров и кривизной, наличием поверхностных дефектов и други­ ми факторами. Величина припуска и допуска зависит от рода заготовки, качества поверхности, размера попереч­ ного сечения и длины, конфигурации, оборудования и технологической оснастки, на которой она делается.

Размеры припуска должны обеспечить проведение для данной детали механической обработки, но не должны быть завышенными, так как последние, как правило, вы­ зывают излишний расход металла, а следовательно, и излишнюю механическую обработку. Завышение припу­ сков в ряде случаев ведет к удалению наиболее износо­ стойких поверхностных слоев металла, что понижает механические свойства и увеличивает расход металла.

В случае занижения припусков не обеспечивается возможность удаления дефектных поверхностных слоев металла, требуемой точности и чистоты поверхностей из-за трудности обработки режущим инструментом в зоне твердой засоренной корки или окалины.

Следует отметить, что величины номинальных при­ пусков на механическую обработку, устанавливаемые государственными стандартами, продолжают оставаться весьма значительными. Весь металл этих припусков уходит в стружку при последующей обработке поковки в механическом цехе резанием. Для кого же назначаются такие большие припуски: для работников механических или кузнечных цехов? Современные механические цехи оснащены довольно прогрессивным металлорежущим оборудованием, надежной технологической оснасткой, имеют хорошо отработанную технологию. Это позволяет выпускать детали с точностью до 1 мк, а иногда и выше.

Следовательно, большие припуски нужны только тог­ да, когда из-за несовершенства оборудования и способов ковки или штамповки на поковках возникают различные дефекты. Например, цилиндрическая часть в сечении по­ лучается не круглой, а по длине — конусной и изогнутой, отверстия — эксцентричными; на поверхности поковки образуются глубокие раковины от заштамповки окалины,

107

вмятины и трещины. Такие дефекты при механической обработке детали могут вызывать появление черновини.

Для определения припусков на обработку и техноло­ гических допусков на промежуточные размеры заготовок в практике часто пользуются ведомственными материа­ лами, эмпирическими формулами и государственными стандартами, которые содержат в основном таблицы готовых значений припусков без достаточного учета условий обработки, оказывающих существенное влияние на величину припусков. Эти таблицы, как правило, охва­ тывают обычно весьма ограниченный круг возможных решений тех задач, которые возникают перед технолога­ ми. Они базируются лишь на некоторых наиболее широко применяемых технологических методах и исключают возможность оригинальных решений в этом деле. Такие таблицы обычно представляют собой лишь некоторую систематизацию заводских данных, а иногда и противо­ речивы и научно не обоснованы. В них даются готовые нормативы на ту или иную обработку. Следовательно, не метод выполняемой обработки определяет величину при­ пуска, а величина припуска определяет выбор метода для последующей обработки.

Эмпирические формулы и таблицы дают значение припусков независимо от условий предшествующей об­ работки и погрешности установки при выполняемой опе­ рации, в то время как эти факторы оказывают решаю­ щее влияние на величину припуска. Поэтому припуски, взятые из таблиц или определенные по эмпирическим формулам, оказываются обычно преувеличенными, а в некоторых случаях недостаточными для выполнения ка­ чественной обработки, что ведет к большим потерям ме­ талла в виде излишнего отхода в стружку или забрако­ ванных деталей.

Профессор В. М. Кован теоретически обосновал тех­ нологические процессы производства в машиностроении. Завершающим их этапом стал научно обоснованный расчетно-аналитический метод определения припусков на обработку. Его внедрение дает возможность создать единую систему расчета припусков и технологических допусков на промежуточные размеры заготовок.

Расчетно-аналитический метод нормативов на техно­ логические допуски базируется на анализе причин про­ изводственных погрешностей и закономерном уменыпе-

108

нии этих погрешностей при последующей механической обработке. В этом случае нормативы воспринимаются технологами не механически, а сознательно, с критиче­ ской оценкой. Значит, метод указывает пути повышения точности обработки и уменьшения припусков.

Свободная ковка. В современном машиностроении из общего объема поковок на долю свободной ковки при­ ходится 40—45%, а в общей себестоимости этих поковок стоимость металла доходит до 75%. Основными факто­ рами в определении себестоимости изделий в кузнечно­ штамповочном производстве являются точностные пара­ метры. Они определяют степень соответствия поковок готовым деталям, объем последующей механической об­ работки и коэффициент использования металла. Из-за отсутствия форм, ограничивающих течение металла при деформировании, свободная ковка не позволяет полу­ чить заготовки высокой точности, их размеры только приближенны к размерам готовых деталей.

Поковки, полученные свободной ковкой, обычно хуже штамповок, так как они имеют большие напуски и при­ пуски, в них отсутствует симметричное и плавное изме­ нение направления волокон. Разнообразие форм поковок,

лений. Поэтому при последующей обработке таких поковок на металлорежущих станках много металла ухо­ дит в стружку. При свободной ковке очень велик расход энергии, она малопроизводительна, ее трудно механи­ зировать.

При свободной ковке изменяется форма заготовки и улучшаются механические свойства металла, что дости­ гается изменением его структуры. В результате ковки происходит дробление литой структуры и перемешива­ ние зерен, а также заварка микротрещин и рыхлостей. В связи с этим все ответственные детали машин и ме­ ханизмов делают из кованых поковок как наиболее на­ дежных в эксплуатации.

Следовательно, метод получения поковок свободной ковкой, имеющей низкую технико-экономическую эф­ фективность по сравнению с горячей, нельзя считать от­ жившим. С развитием тяжелого машиностроения, судо­ строения увеличивается необходность в организации и

109