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

Технологические возможности и экономические рас­ четы показывают, что только на 7 заводах автотрактор­ ной промышленности на штамповку в разъемных матри­ цах можно перевести около 80 наименований поковок с годовым выпуском около 26 тыс. т, сэкономить пример­ но 4—5 тыс. т металла. По расчетным данным ЭНИКМАШ, выпуск поковок методом штамповки в разъемных матрицах в целом в машиностроении СССР

предполагается довести в 1975 г. до 100 тыс. т. От его внедрения для нужд народного хозяйства будет сэко­ номлено 27 тыс. т проката, а общий экономический эф­ фект составит более 2 млн. руб.

Штамповке в разъемных матрицах присущи и недо­ статки: до 20% металла от веса заготовки идет в облой. Следовательно, эффективным направлением снижения расхода металла должно стать уменьшение облоя и по­

горячештамповочных прессов (КГШП) и закрытых штампов. При ковке в закрытых штампах легче и проще изготовлять изделия сложной формы, в особенности полу­ чать желаемое течение металла, обеспечивая при этом прочность последних. Штамповка в закрытых штампах имеет меньший припуск на механическую обработку и малые отклонения от заданной формы. В результате экономится от 10 до 20% металла, идущего в облой. Из общего количества покивок, вырабатываемых в авто­ мобильной промышленности и тракторостроении горя­ чей штамповкой, около 25% их можно получить в за­ крытых штампах.

В последние годы как в серийном, так и в массовом производстве начала широко внедряться штамповка по­ ковок на кривошипных горячештамповочных прессах в закрытых штампах. Этот технологический процесс по сравнению со штамповкой на молотах имеет следующие преимущества: достигается экономия металла в резуль­ тате уменьшения припусков и отходов в заусенец; по­ вышается производительность труда и точность поковки; снижается трудоемкость при последующей обработке поковок в механических цехах; снижается себестои­ мость поковки и улучшаются условия труда рабочих.

Изготовление зубчатых колес этим методом позво­ ляет экономить металл и создавать превосходную во­ локнистую структуру, которая повышает прочность зубь­ ев на излом и изгиб. Так, вес заготовок на комплект зуб­ чатых колес для узлов силосоуборочного комбайна «КС-2,6» при высечке их из цельного проката на заводе «Гомсельмаш» составляет 6,7, а при точной штамповке на КГШП — 5,2 кг. Себестоимость поковок клапанов из высоколегированных сталей, полученных штамповкой на КГШП, по расчетам ГИПРОАвтопрома, на 8—12%: ниже себестоимости поковок клапанов, сделанных электро­ высадкой.

Опыт показывает, что за счет увеличения точности при штамповке на КГШП коэффициент использования металла увеличивается по поковкам шестерен с 0,68 до

0,75, рычагов — с 0,50 до 0,56, фланцев — с 0,44 до 0,52,

поворотной цапфы — с 0,55 до 0,65.

Практика использования КГШП на машинострои­ тельных заводах Белоруссии свидетельствует о том, что при переводе штамповки поковок с молотов на прессы производительность увеличивается на 20—30%• Изго­ товление поковок различных групп сложности на к г ш п может быть экономически выгодным при загрузке этого оборудования даже на 35—40%. В связи с этим штам­ повка на КГШП рентабельна не только в условиях круп­ носерийного, но и в мелкосерийном производстве.

Для широкого внедрения в машиностроение штам­ повки поковок в закрытых штампах на КГШП необхо­ димо:

1) создать гамму специальных КГШП с надежной системой выталкивания, увеличения хода ползуна, давлением от 1600 до 8000 т;

2)для повышения надежности и долговечности штамповок оснастки создать новые марки стали и дру­ гие материалы, обладающие высокой устойчивостью против истирания, разгара и растрескивания при высо­ ких температурах;

3)металлургической промышленности нужно повы­ сить качество выпускаемого металлопроката, обладаю­ щего повышенными пластическими свойствами и чисто­ той поверхности;

4)разработать новые экономически выгодные мето­ ды безокислительного нагрева заготовок перед штам­

116

повкой и форсировать нагрев заготовок токами высокой частоты;

5) разработать и внедрить эффективные технологи­ ческие смазки.

Несмотря на большие преимущества, распростране­ нию закрытой штамповки препятствуют неточности за­ готовок. Избыток металла в закрытых штампах ведет к повышению удельного давления, износу штампов, пере­ грузке оборудования и снижению точности поковок. В случае увеличения объема заготовок в конструкции штампов приходится предусматривать компенсацион­ ную полость, что усложняет их изготовление и процесс механической обработки.

Использование разъемных матриц значительно рас­ ширяет возможности применения горячей штамповки в закрытых штампах. В последних можно делать поковки с боковыми отростками и полостями, утолщениями и буртами. Подобное внедрено на Горьковском автозаво­ де и Московском заводе малолитражных автомобилей для изготовления шестерни коробки перемены передач и крестовины кардана. В итоге устранения облоя дости­ гается значительная экономия металла.

В современном машиностроении одно из ведущих мест в обработке металла давлением занимают ковоч­ ные машины. К наиболее прогрессивным относятся го­ ризонтально-ковочные (ГКМ), радиально-ковочные и

нагревательных устройств и удобнее для механизации и автоматизации процесса штамповки. ГКМ работают с большой точностью и настолько чисто, что иногда устра­ няется последующая механическая обработка. В связи с этим коэффициент использования металла при обработ­ ке на них выше, чем на молотах и прессах, а себестои­ мость деталей значительно ниже, чем при последних

способах.

Благодаря горизонтальному расположению штампов и наличию разъема в двух плоскостях на ГКМ можно получать поковки самых разнообразных форм и разме­ ров: с весьма длинными стержнями, сквозными поло­

117

стями, буртами и фланцами при минимальных штампо­ вочных уклонах или вовсе без них. Например, штампов­ кой в три перехода из прутка круглого сечения получают полую втулку с фланцем. Экономия металла при этом достигает 45%.

В целях сокращения отхода металла в заусеницы при крупносерийном или массовом производстве целе­ сообразно сортировать металл, используемый для вы­ садки на ГКМ, на две группы: с плюсовыми и минусо­ выми отклонениями. Это позволит для каждой группы использовать соответствующие вставки для матриц штампа. Такая необходимость вызывается тем, что ме­ таллургическая промышленность, например, из всех прутков диаметром от 50 до 60 мм 33% их изготовляет с минусовыми допусками, 46%— с плюсовыми и только 21%— по номиналу. Если же штамповка па ГКМ произ­ водится от длинного прутка, то дополнительная эконо­ мия металла получается за счет сокращения операции по его резке. Поперечные и торцовые заусеницы при штамповке на ГКМ образуются в связи с тем, что диа­ метр высаживаемого прутка на всем протяжении не одинаков, а имеет колебания, связанные с неточностью проката и нагревом заготовок.

Удельный вес поковок, изготовляемых на ГКМ, в машиностроении Белоруссии составляет около 20% их общего выпуска. Практика показывает, что на ГКМ можно получать поковки, по форме и размерам прибли­ жающиеся к готовым деталям. При их последующей об­ работке резанием в стружку в среднем уходит металла на 35% меньше, чем при обработке аналогичных заго­ товок из целого прутка.

Об экономической эффективности высадки поковок на ГКМ говорят такие факты: комплексная бригада по экономии металла в кузнечном цехе Минского автомо­ бильного завода только при освоении трех наименова­ ний деталей высадки на ГКМ взамен штамповки на мо­ лотах сэкономила 100 т металла в год.

Несмотря на преимущества, штамповкой на ГКМ де­ лают сравнительно мелкие изделия и простой конфигу­ рации. Эффективность ее проявляется, как правило, только в серийном и массовом производстве с достаточ­ но жесткими допусками поставляемого для обработки металла.

118

В последние годы как у наст в стране, так и за рубе­ жом ведутся обширные научные исследования и прак­ тические работы по внедрению скоростной объемной штамповки, которая обладает весьма высокой произво­ дительностью, позволяет получать изделия с большой точностью и дает большую экономию металла. Значи­ тельная заслуга в этом принадлежит ученым Сибирско­ го филиала Академии наук СССР.

Скоростная объемная штамповка выполняется глав­ ным образом на машинах, в рабочих органах которых происходит почти мгновенное расширение сжатого газа. Во избежание образования окалины поковки перед штамповкой нагревают в соляных ваннах токами высо­ кой частоты в среде инертного газа или предохраняют поверхность от окисления другими способами.

Наряду с преимуществами процессу горячей обра­ ботки металла давлением присущи и существенные не­ достатки: вследствие окисления и образования окалины на поверхности изделий теряется много металла. Точная штамповка требует более строгого дозирования металла заготовки по объему или весу. Практика показывает, что при использовании горячекатаного проката немерность заготовок по объему доходит до 5—17% в зависи­ мости от величины размеров поковок. Точные размеры заготовок могут быть получены только при создании средств объемного и весового дозирования, совмещен­ ных с отрезкой заготовок.

В целях широкого внедрения прогрессивных методов горячей обработки металла давлением необходимо про­ вести следующие оргтехмероприятия:

1) создать специализированные кузнечно-штампо­ вочные цехи по производству важнейших деталей, таких, как коленчатые валы, шатуны, шестерни, ступенчатые валы, звездочки и др. Это позволит максимально меха­

чения по технологически однородному выпуску изделий; 3) создать базовые кузнечно-штамповочные цехи для обеспечения продукцией отдельные межотраслевые производства, не вошедшие в номенклатуру специали­

зированных кузнечных цехов;

119

4) увеличить серийность производства штамповок на базе предметной специализации,, унификации и нор­ мализации деталей, типизации технологических про­ цессов;

5)повысить технологичность поковок;

6)применить точные по весу (дозированию) заго­ товки, обеспечивающие широкое внедрение безоблойной штамповки и стабильность технологического процесса;

7)разработать и внедрить эффективные способы

электрического и безокислительного нагрева заготовок в защитной атмосфере, обеспечивающие резкое сниже­ ние окалины, что дает возможность повысить точность штамповок и сэкономить металл.

Холодная объемная штамповка. Наиболее эффектив­ ным технологическим процессом при обработке металла давлением является холодная объемная штамповка, при которой металлы, обладающие пластическими свой­ ствами, деформируются в холодном состоянии и приоб­ ретают необходимую форму изделия соответственно размерам рабочих частей штампа.

Под холодной деформацией принято понимать де­ формацию металла, производимую при температуре более низкой, чем температура рекристаллизации (структурных превращений).

По сравнению с методами горячей штамповки или механической обработки холодная объемная штамповка дает окончательно оформленные сложные контуры дета­ лей, и последующая механическая обработка сводится к минимуму или исключается вовсе. Этот способ формо­ образования устраняет потери металла па угар и отхо­ ды в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает более точные размеры деталей и лучшую поверхность изделий. В результате показатели точности деталей соответствуют 3—4-му классам и выше, а чисто­ та поверхности достигает 9-го класса. При изготовлении многих фасонных деталей резанием на станках в струж­ ку уходит до 70% металла, а при выполнении их холод­ ной объемной штамповкой можно вовсе избавиться от нерациональных расходов металла.

В результате холодного деформирования стали про­ исходит упрочнение поверхностного слоя. Благодаря этому можно использовать более дешевые углероди­ стые стали вместо высоколегированных, что снижает

120

стоимость металла. Металл приобретает ярко выра­ женную волокнистую структуру, достигается нужная ориентация волокон и повышается прочность изделий. За счет снижения допусков на размеры и отходов в облой экономится металл, значительно снижается объем механической обработки и трудовые затраты. Эти пре­ имущества позволяют значительно снизить себестои­ мость деталей, повысить производительность труда и увеличить срок их службы.

К процессам холодного пластического деформирова­ ния металла относятся: высадка, выдавливание и реду­ цирование, накатка резьб, шлиц и зубьев шестерен и дру­ гие аналогичные методы.

Холодная высадка. Представляет собой технологи­ ческий процесс, в результате которого увеличивается по­ перечное сечение в заданных участках заготовки за счет пластической деформации в матрицах без предвари­ тельного подогрева металла.

Методом холодной высадки изготовляют крепежные изделия, многие нестандартные детали: корпуса за­ пальных свечей, поршневые пальцы, ролики подшипни­ ков, эксцентриковые кулачки, храповики, распорные втулки, рычаги переключения передач, валы, шестерни, червяки и др.

Холодную штамповку болтов, винтов, шпилек, роли­ ков, заклепок и других стержнезых деталей можно на­ ладить на кривошипных фрикционных и гидравлических прессах. Однако обработка давлением стержневых дета­ лей из заранее нарезанных мерных заготовок малопро­ изводительна и сложна. Поэтому для массового произ­ водства таких деталей выгодно использовать специаль­ ные холодновысадочные прессы-автоматы.

Внедрение холодной высадки в метизное производ­

ше. Себестоимость болта, выточенного на токарном станке, в среднем равна 18,5, тогда как сделанного хо­ лодной высадкой — 3,5 коп.

Практика выпуска крепежных изделий путем высад­ ки на автоматах показывает, что благодаря сокращению

121