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

отходов экономится около 50% металла, а производи­ тельность труда выше, чем при точении, в 10—12 раз. Благодаря наклепу и рациональному формированию во­ локон металла прочность изделий при холодной высад­ ке увеличивается на 20—30%. Например, у винтов, сделанных холодной высадкой, долговечность по уста­ лости увеличивается в 2 раза, а предел прочности при растяжении по сравнению с горячевысаженным стерж­ нем и нарезной резьбой — на 12%.

Это свойство особенно ценно, когда болты находят­ ся в условиях динамических нагрузок. Благодаря повы­ шению физико-механических свойств в результате ме­ ханического упрочнения и ориентации волокон в направ­ лении деформации создается возможность использовать обычные углеродистые стали вместо легированных. Это дает дополнительную экономию па разнице в стоимости материалов.

Все, сказанное выше, относится к гайкам, втулке муфты сцепления автомобиля и многим другим деталям, производство которых намного эффективнее на высадоч­ ных автоматах, чем на металлорежущих станках.

Холодное выдавливание — один из многочисленных методов обработки металла пластическим деформиро­ ванием. При этом методе металл течет через отверстие матрицы или зазор между пуансоном и стенками матрицы.

В настоящее время холодное выдавливание налаже­ но прямым, обратным и комбинированным способами как на крупных, так и на мелких предприятиях. Так, на минских моторном, автомобильном и мотовелосипедном заводах этим методом за последние годы изготовлено свыше 1200 т различных деталей. Их себестоимость на 30—45%, ниже, чем при обработке резанием. В резуль­ тате этого сэкономлено 500 тыс. руб. и более 1000 т ме­ талла.

Об экономической эффективности методов холодного выдавливания свидетельствуют данные, приведенные в табл. 33. Из таблицы явствует, что если делать сфери­ ческую шайбу и заглушку коленчатого вала трактора «Беларусь» резанием, то 88% металла в первом и 75% во втором случае шло в отходы, тогда как холодным выдавливанием — только 5%. В результате изготовле­ ния методом холодного выдавливания стакана форсун-

122

Таблица 33

Экономическая эффективность внедрения холодного выдавливания деталей на минских машиностроительных заводах

ки и тарелки пружины клапана двигателя для трактора «Беларусь» годовая экономия металла составляет 46,6 т.

При вытачивании колец карданных подшипников ив прутка около 73% металла уходит в отходы. В связи с этим на Первом государственном подшипниковом заво­ де разработали и внедрили технологический процесс об­ ратного выдавливания заготовок из стали в холодном со­ стоянии, благодаря чему коэффициент использования металла повысился с 0,27 до 0,7, а годовая экономия ме­ талла составила 3 тыс. т.

В ЧССР и некоторых других зарубежных странах для производства заготовок поршневых пальцев приме­

123

няется одно- и двустороннее холодное выдавливание. Учитывая высокую технико-экономическую эффектив­ ность этого метода, его рекомендовали для промышлен­ ного освоения на харьковском заводе «Поршень». Предварительные исследования подтвердили, что при дву­ стороннем прессовании заготовок для поршневых паль­ цев отходы металла по сравнению с резанием из прутка уменьшаются в 2 раза, а суммарные затраты снижаются на 26%.

Однако создание автоматов для двустороннего встречного выдавливания поршневых пальцев рента­ бельно лишь при объеме производства их свыше 2 млн. штук в год. При небольшом их выпуске целесообразнее применять выдавливание.

За последние годы в автомобилестроении ФРГ, Англии, США и других стран в изготовлении точных за­ готовок (впускных клапанов, конических шестерен полуосей заднего моста автомобилей и др.) большое распространение получили комбинированные процессы холодной обработки металла давлением: выдавливание, высадка и редуцирование в жестких матрицах. По сравнению с обработкой резанием при холодном формо­ образовании деталей за счет уменьшения отходов и на­ пусков экономится от 40 до 70% металла. За счет улуч­ шения физических свойств, идентичности размеров и высокой чистоты поверхности увеличиваются прочност­ ные характеристики детали, ее износостойкость и срок службы.

Холодное прессование. Это один из прогрессивных, а иногда и единственно возможный метод получения про­ филей различных форм поперечных сечений и больших длин. Его сущность заключается в образовании дета­ лей переменного поперечного сечения путем вытеснения (выдавливания) материала заготовки без предвари­ тельного ее нагрева в полость, образуемую рабочим ин­ струментом.

Экспериментальные исследования показывают, что этим методом можно формировать зубья цилиндриче­ ских шестерен путем продавливания через матрицу, конфигурация калибрующего очка которой повторяет профиль готового зубчатого колеса. Ступенчатые валы небольшого диаметра можно также получать путем пря­ мого выдавливания за несколько переходов.

124.

При изготовлении ступенчатых валов таким спосо­ бом в массовом и крупносерийном производстве отходы металла в стружку при механической обработке сокра­ щаются до 40%, а в некоторых случаях изделия вовсе не требуют механической обработки. За счет улучшения структуры металла и его упрочнения повышается предел прочности до 28%, предел текучести увеличивается до 26, твердость материала возрастает до 36%. Поверхность изделия становится гладкой и чистой.

Благодаря улучшению прочностной характеристики стали в процессе обработки этот метод позволяет при­ менять в качестве исходного материала для заготовки горячекатаную сталь вместо холоднотянутой, что дает дополнительную экономию от стоимости материала.

Учитывая большую экономическую эффективность холодного прессования заготовок из стали, его начали широко применять в зарубежных странах с высокораз­ витым машиностроением, таких, как Чехословакия, Польша, Англия, США, Япония и др. Прессование ве­ дется на мощных и быстроходных гидравлических прес­ сах, номенклатура деталей исчисляется тысячами типо­ размеров. Например, некоторыми фирмами Англии и США холодное прессование ступенчатых валов произ­ водится на специальных горизонтальных гидравличе­ ских прессах с усилием 250 т и выше, имеющих от двух до четырех рабочих позиций и регулируемый ход. Тако­ го оборудования наша промышленность не выпускает.

Холодное прессование ступенчатых валов из стали может быть с большим успехом внедрено в машиностро­ ении Белоруссии. Если применить названный способ для получения ступенчатых валов электродвигателей на Могилевском заводе «Электродвигатель», то на каждом

стоянии резко повышаются физико-механические свой­

садки изделий в кузнечно-штамповочное производство и

125

повышения экономической эффективности необходимо дальнейшее совершенствование этого технологического процесса по следующим направлениям: установка мно­ гоударного оборудования и оборудования для повтор­ ной высадки с бункерной загрузкой заготовок; увеличе­ ние номенклатуры и количества высаживаемых изделий; расширение диапазона размеров и марок высадочных материалов; повышение стойкости высадочного инст­ румента и точности заготовок; широкое внедрение безоблойной высадки и повышение точности изделий; раз­ витие технологии высадки изделий с местным электро­ подогревом заготовок и ее автоматизации; переход на процесс редуцирования совместно с высадочными опе­ рациями.

Холодная накатка резьб, шлицев и зубьев шестерен. Для сочленения деталей в машиностроении применяется большое количество крепежных изделий с резьбой. Тра­ диционный метод нанесения резьб путем нарезания рез­ цами на токарных станках, плашками и метчиками малопроизводителен и дает большие отходы металла. Наиболее эффективно их делать накаткой в холодном со­ стоянии.

Процесс накатки резьбы методом пластической де­ формации металла в холодном состоянии был запатен­ тован еще в 1831 г., а промышленное применение по су­ ществу нашел только спустя примерно 100 лет. Задерж­ ка была вызвана отсутствием стали с улучшенными пластическими свойствами, несовершенством резьбона­ катного оборудования и давильного инструмента. С раз­ витием технического прогресса накатка резьбы стала наиболее популярной, особенно в метизной отрасли.

В современном машиностроении для образования на­ ружных профилей резьб применяются резьбонакатные головки, плашки и ролики. Нанесение резьб накатными плашками и роликами производится на специальных резьбонакатных станках, что не всегда выгодно при мелкосерийном и индивидуальном производстве, а го­ ловками — на универсальных металлорежущих станках.

Последние достижения в выпуске инструмента для накатки внутренних резьб позволяют использовать те же преимущества, что и при накатке наружных резьб. Например, в ГДР подобным методом ' обрабатываются внутренние резьбы диаметром до 12 мм.

126

Процесс изготовления резьбы накаткой нашел впер­ вые промышленное применение в Белоруссии на Мин­ ском автомобильном заводе. Здесь в цехе нормалей на­ носятся наружные резьбы на болтах, штуцерах, винтах, шпильках, резьбовых калибрах и других деталях.

Многолетний опыт накатывания резьб па крепеж­ ных изделиях на Минском автомобильном заводе, Го­ мельском заводе сельхозмашин и некоторых других предприятиях республики свидетельствует о больших технико-экономических преимуществах этого метода. Эффективность накатных резьб по сравнению с нарез­ ными выражается в увеличении производительности труда в 1,5—3 раза. Благодаря упрочнению поверхност­ ного слоя сопротивление износу у накатных резьб на 30% выше, чем у нарезных. Чистота поверхности на­ катной резьбы оценивается по 7—9 классам, экономия металла при накатывании в зависимости от диаметра обрабатываемых резьб составляет от 16 до 27%. '

Несмотря на большую экономическую эффективность образования профиля резьбы выдавливанием, метод на­ катки медленно внедряется в металлообработку. В Бе­

ность шлицев, изготовляемых фрезерованием, заставила искать новые способы их образования. Одним из наибо­ лее экономичных стало их пластическое формообразова­ ние в холодном состоянии. По кинематическим особен­ ностям этот процесс можно разделить на два метода — копирования и огибания. К первому методу обычно относят изготовление шлицев прямозубого профиля, ко второму — шлицевые валы с эвольвентным и треуголь­ ным профилями.

Исследования показывают, что из всех шлицевых ва­ лов, выпускаемых промышленностью страны, 90% при­ ходится на валы со шлицами прямозубого профиля. При пластическом формообразовании копированием впади­ ны шлицев, образующиеся на обрабатываемой заготов­ ке, совпадают с профилем формообразующей части ин­ струмента.

Основное преимущество метода холодного пластиче­

127

раз, повышение чистоты поверхности на 30—40% и уп­ рочнение поверхностного слоя шлицев по сравнению с исходным материалом заготовки от 8 до 80%.

По данным Экспериментального научно-исследова­ тельского института металлорежущих станков, наиболее широкое распространение в СССР получило накатыва­ ние многороликовыми головками шлицев с прямозубыми и эвольвентными профилями. Некоторый опыт в этом деле накоплен и на белорусских машиностроительных заводах. Например, на Минском тракторном заводе внедрена холодная прокатка шлицевых валов роликами. При изготовлении шлицевых валов ведущей шестерни трактора «Беларусь» накатыванием в холодном состоя­ нии расход металла снижается на 12%, уменьшается стоимость обрабатывающего инструмента.

На Минском заводе шестерен организовано произ­ водство холодной накатки прямозубых шлицев ведущих шестерен бортовой передачи тракторов «ДТ-54» и «Т-74». Роликовая накатка шлиц производится за один проход, что повышает производительность труда, сни­ жает трудоемкость и экономит металл.

Обработка тел вращения методом накатки без сня­ тия стружки получила большое распространение в стра­ нах с развитым машиностроением. Так, многие амери­ канские фирмы на специальных машинах «Рото-Фло» де­ лают холодную накатку зубчатых профилей. Благодаря применению накатных реек с постепенно увеличивающи­ мися по высоте зубьями требуемый профиль формирует­ ся на заготовке за один ход на полную глубину. Чисто­ вая накатка выполняется за два последующих оборота заготовки. Производительность этого метода накатки по сравнению с обработкой резанием увеличивается в 30 раз, накатные шлицы и зубья по прочности на 10—20% превосходят нарезные.

На автомобильных заводах фирм «Крайслер корпорейшн» и «Бьюик» на таких машинах накатывают шли­ цы на концах полуосевой и зубья на ведущей шестерне заднего моста автомобиля. Продолжительность накатки шестерни 14 сек, тогда как при нарезке зубьев — 48 сек. При накатке шлицев одним комплектом инструмента до его перезаточки изготовляют около 300 тыс. изделий.

Используя прогрессивную технологию в получении резьб и зубчатых изделий, последние достижения в про­

128

изводство инструмепга, организацию централизованно­ го выпуска накатных приспособлений в массовом мас­ штабе, а также применение обычного станочного обору­ дования в качестве накатного, можно значительно сократить отходы металла в стружку, уменьшить трудо­ вые и денежные затраты, увеличить срок службы ма­ шин.

Полугорячая высадка и выдавливание. Недостатки методов холодной и горячей объемной штамповки могут быть устранены, если применить полугорячую высадку и выдавливание. Сущность этого метода заключается в том, что металл перед обработкой нагревается до темпе­ ратуры фазовых превращений. В процессе полугорячей обработки высадкой или выдавливанием значительно меньше упрочняется металл, а использование эффектив­ ных смазок снижает коэффициент трения. Все это обес­ печивает уменьшение удельных давлений но сравнению

схолодной объемной штамповкой в 2,5—3,5 раза.

Кнаиболее прогрессивным методам нагрева сталь­ ных заготовок, способствующим повышению пластич­

ности металла при деформации, увеличению производи­ тельности труда и снижению потерь металла, относится индукционный нагрев. Характерные его особенности — высокая скорость нагрева; возможность нагрева металла различных марок; значительное снижение окалинообразования; устранение обезуглероживания; исключе­ ние проникновения внутрь металла вредных приме­ сей.

Достаточно высокая стойкость инструмента и незна­ чительное окисление металла при нагреве обеспечивают получение поковок с чистотой поверхности 5—8 классов и с точностью по размерам 4—5 классов при значитель­ но меньших потерях металла в отходы.

Одним из наиболее прогрессивных технологических процессов является полугорячая штамповка выдавли­ ванием. В условиях массового и крупносерийного произ­ водства поковок этот процесс позволяет снизить норму расхода металла от 15 до 40%. Гак, применение электро­ высадки при изготовлении толкателя клапана на Горь­ ковском автомобильном заводе повысило коэффициент использования металла по сравнению с обработкой ре­ занием в 3 раза и высвободило 10 единиц металлорежу­ щего оборудования. Благодаря высадке оси педали