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

Г л а в а V

ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА

ВИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Всвязи с увеличением скоростей резания и примене­ нием труднообрабатываемых материалов роль инстру­ мента в металлообработке постоянно возрастает. Высо­ кая производительность и требуемая точность выпуска деталей могут быть обеспечены только тогда, когда ин­ струмент имеет высокую стойкость. Оптимальным счи­ тают, что твердость инструментального материала должна быть в 1,5—2 раза выше твердости обрабаты­ ваемой заготовки. Практически же часто приходится от­ ходить от оптимума. Наряду с этим доля стоимости инструмента в общей стоимости эксплуатации машин до­ ходит до 20—30%!, а иногда и выше. К сказанному нуж­ но добавить, что при изготовлении металлорежущего инструмента даже на специализированных заводах око­ ло 50%' металла идет в отходы.

Всовременном машиностроении применяется значи­ тельная номенклатура инструментальной и штамповой

оснастки, затраты на которую составляют до 8% сто­ имости выпускаемой продукции и больше. Производст­ вом инструментальной оснастки на машиностроитель­ ных заводах занято около 10% рабочих. Более 3/4 необ­ ходимой инструментальной оснастки, как правило, делают мелкими сериями непосредственно на самих ма­ шиностроительных заводах. Даже при массовом произ­ водстве продукции удельный вес покупного инструмента и технологической оснастки в общей их потребности со­ ставляет не более 10% . При этом чем крупнее производ­ ство, тем шире номенклатура используемой оснастки.

Специализированные предприятия станкоинструмен­ тальной промышленности из года в год наращивают темпы выпуска инструмента и технологической оснаст-

170

ки. Однако спрос па эту продукцию удовлетворяется далеко не полностью. Так, в 1971 г. предприятия Минтракторсельхозмаш СССР были обеспечены централи­ зованно инструментом и технологической оснасткой лишь на 14,2%. Все остальное им пришлось делать са­ мим. Свой инструмент оказался в несколько раз дороже.

Аналогичное положение имеет место и в маши­ ностроении Белоруссии. На режущий инструмент и технологическую оснастку в машиностроении и металло­ обработке БССР ежегодно расходуется около 25 тыс. т высоколегированных сталей, стоимость которых опреде­ ляется примерно в 35 млн. руб. Только на Минском трак­ торном заводе при годовой потребности инструменталь­ ной и штамповой оснастки на 8 млн. руб. покупной инст­ румент составляет около 6%; суммы затрат. Остальной инструмент и штамповую оснастку изготавливают у се­ бя. Себестоимость такой оснастки намного выше, чем при ее производстве на специализированных заводах.

Для нужд инструментального производства в СССР

изготовляется инструментальной и быстрорежущей ста­ ли примерно в 5 раз больше, чем в США. Это обуслов­ ливается большим объемом механической обработки металла и нерациональным использованием этих сталей.

Технический прогресс в машиностроении предъявля­ ет высокие требования к инструменту и технологической оснастке. Режущий инструмент должен обладать высо­ кой твердостью, прочностью, теплопроводностью, режу­ щей способностью и быть экономичным в эксплуатации. За последние годы созданы стойкие и твердые материа­ лы, которые оказывают большую помощь в решении сложных задач, особенно при обработке жаропрочных и труднообрабатываемых материалов с высокой точ­ ностью. Почти каждый новый материал имеет весьма узкую область применения. Это создает затруднения в разрешении проблем резания металла. Например, при обработке некоторых никелевых и титановых сплавов высокие скорости резания часто практически невозмож­ ны. Обрабатываемость некоторых марок таких материа­ лов не выше 10% по сравнению с обрабатываемостью углеродистых сталей. Поэтому развитие твердых спла­ вов должно идти по пути упрощения и сокращения чис­ ла композиций, каждая из которых удовлетворяла бы более широкую область применения.

171

Пути и методы экономии материала при производстве

долговечность и повысить надежность в работе, снизить расходы в производстве и эксплуатации. Таким образом, выявление источников экономии металла в инструмен­ тальном производстве — составная часть задачи по вы­ явлению резервов.

Современные режимы металлообработки, расшире­ ние области использования в машиностроении высоко­ прочных сталей и керамических материалов требуют от инструментальной промышленности создания прочного и износостойкого инструмента. Для достижения этих целей в настоящее время стремятся повысить твердость поверхности и сопротивляемости инструмента и оснаст­ ки, уменьшить трение между режущим инструментом и стружкой, затруднить наваривание металла на инстру­ мент, в особенности при высоких режимах резания.

Наиболее важной из сталей, потребляемой на режу­ щий инструмент, является быстрорежущая. В химиче­ ский состав этой стали входят дефицитные и дорого­ стоящие легирующие элементы, содержащие вольфра­ ма от 7,5 до 19%, хрома — 3,8—4,4, ванадия— 1,0—2,6

и молибдена 0,3—1,0%. Поэтому стоимость быстрорежу­ щей стали примерно в 12—20 раз выше стоимости обыч­ ных углеродистых сталей. Следовательно, экономия ее в процессе потребления приобретает большое народнохо­ зяйственное значение.

Характерной особенностью быстрорежущей стали является ее способность сохранять высокую твердость при нагреве до темно-красного каления. Иначе говоря, она обладает превосходной красностойкостью. Наличие в ней легирующих элементов увеличивает прокаливаемость инструмента, создает в стали весьма твердые прочные карбиды. Благодаря этим свойствам повыша­ ется сопротивляемость инструмента истиранию, увели­ чиваются его режущие свойства. Вот почему, несмотря на высокую стоимость, быстрорежущая сталь вот уже более 100 лет находит широкое применение в инструмен­ тальном производстве.

Металлургическая промышленность освоила выпуск большого количества марок быстрорежущей стали с

172

низким содержанием легирующих элементов, особенно вольфрама. Практика показывает, что стойкость инстру­ мента из таких сталей обычно составляет 90—95% по сравнению со стойкостью инструмента из быстрорежу­ щей стали марки Р18. Однако инструмент из таких за­ менителей быстрорежущей стали используется сравни­ тельно мало. Сложный и дорогой режущий инструмент делать из стали пониженного качества экономически не всегда целесообразно по той причине, что из общей себе­ стоимости инструмента затраты на него составляют 90%, стоимость самой стали — только 10%.

Для экономии дорогой быстрорежущей стали часто изготавливают составной инструмент, у которого из быстрорежущей стали делают только режущую (рабо­ чую) часть, а для крепежной части используют обычную конструкционную сталь 45 или близкую ей по составу.

Большое количество в обращении находится конце­ вого инструмента типа сверл, зенкеров, разверток, метчи­ ков. Их тоже целесообразно выпускать составными — из быстрорежущей и конструкционной стали. Заготовки режущей и хвостовой части инструмента из разнород­ ных сталей на специализированных заводах и в инстру­ ментальных цехах предприятий, как правило, соединя­ ют стыковой электросваркой на специальных машинах. Однако сварные соединения из быстрорежущей и конст­ рукционной сталей относятся к трудносвариваемым па­ рам. Поэтому нестабильность энергетического режима стыковой электросварки и наличие ручной подачи не обеспечивают высокого качества сварного шва, увели­ чивают припуски на обточку по диаметру и на угар по длине заготовок. Экономия дорогостоящей стали в этом случае может быть достигнута путем совершенствова­ ния технологии сварки. На передовых инструменталь­

соединения концевого инструмента диаметром от 10 до 40 и длиной заготовок до 200 мм.

Машины для сварки трением концевого инструмента внедрены более чем на 60 специализированных инстру­ ментальных и крупных машиностроительных заводах страны, в том числе на Минском инструментальном за­ воде и Вильнюсском заводе сверл. Опыт работы по но­

173

вой технологии показал, что прочность соединения обе­ их заготовок при сварке трением значительно выше, чем при контактной сварке. На заводе «Калибр» (Москва) внедрен автомат типа «МСТА-32» для сварки Т-образ­ ных соединений из одноименных и разноименных метал­ лов в условиях массового и крупносерийного производ­ ства. Рабочая и хвостовая части калибров ранее изго­ товлялись из сортовой конструкционной холоднотянутой шарикоподшипниковой стали марки ШХ-15, стоимость которой по сравнению с конструкционной сталью марки 45 на 50% выше. Благодаря применению сварки трени­ ем рабочую часть калибра стали делать из стали ШХ-15, а хвостовую — из обычной конструкционной стали. По старой технологии на вращающиеся центры токарного станка шла инструментальная сталь У8. С внедрением сварки трением на рабочую часть центров начали ис­ пользовать сталь У8, а на хвостовую — сталь марки 45. В результате частичной замены инструментальной и ша­ рикоподшипниковой стали на обычную конструкцион­ ную сталь только от применения одной машины для сварки трением годовая экономия на заводе составила около 20 тыс. руб.

Исследования, проведенные на Сестрорецком заводе им. Воскова, показали, что соединения быстрорежущей стали марки Р9 и Р18 со сталью марки 45, выполненные сваркой трением в сверлах и фрезах, выдерживают в сравнении с нормами гораздо большие скорости реза­ ния. В таком инструменте износ режущих кромок обыч­ но наступает раньше, нежели его разрушение.

На заводе «Фрезер» (Москва) выпускается мелкими сериями машина типа «МФ-327», предназначенная для сварки заготовок концевого инструмента в условиях ин­ струментальных цехов крупных машиностроительных заводов. Аналогичная машина типа «МСТ-35-2» выпу­ скается серийно Волковысским заводом литейного обо­ рудования для сварки деталей из углеродистых сталей диаметром от 10 до 70 мм.

Практика показывает, что традиционный способ прикрепления твердосплавной пластинки к стальной державке инструмента при помощи пайки ненадежен. Это объясняется тем, что при охлаждении в сцепляю­ щем слое из-за неодинаковых коэффициентов термиче­ ского расширения у карбидных пластинок и у стали воз-

174

пикают большие напряжения сжатия стали, которые нередко приводят к растрескиванию пластинки или раз­ рушению в месте спая. Учитывая эти особенности, в ме­ таллообработке все шире начинают применять инстру­ менты из металлокерамических твердых сплавов. В СССР выпускаются вольфрамо-кобальтовые и титано­ вольфрамовые металлокерамические твердые сплавы. При спекании сформованных изделий из такой смеси порошков происходит физико-химическое взаимодейст­ вие карбидов с металлами железной группы. В резуль­ тате образуется беспористый, твердый материал, кото­ рый с успехом используется для изготовления режущих пластин.

Решением этой проблемы заняты не только ученые и производственники нашей страны, но и многие зару­ бежные фирмы. Развитие производства твердых спла­ вов в США в настоящее время идет в направлении упро­ щения и сокращения числа композиций (марок твердых сплавов), каждая из которых дает возможность более широкой области применения. В США попытались де­ лать концевые фрезы из быстрорежущей стали с глубо­ ким покрытием твердым сплавом режущей кромки, на­ несенным с помощью лазера. Такое покрытие отличает­ ся достаточной твердостью и прочностью для чернового фрезерования закаленных стальных заготовок. Амери­ канской фирмой методом порошковой металлургии по­ лучена специальная прокладка из сплава железа с нике­ лем и карбидом с низким коэффициентом линейного расширения. Такие прокладки толщиной около 0,8 мм позволяют прикреплять пластинки из твердого сплава к

Этот метод соединения твердосплавных пластин с угле­ родистыми, быстрорежущими, нержавеющими и хроми­ стыми сталями способствует достижению высокой проч­ ности и надежности в эксплуатации.

Твердым сплавам присущи и серьезные недостатки. Кромка твердосплавного инструмента хрупка и це обла­ дает той прочностью, которая необходима для прерыви­ стого резания с большими сечениями среза при обработ­ ке вязких металлов. Кроме того, недостаточная жест­ кость поношенных станков приводит, как известно, к вибрациям, а из-за этого выкрашиваются режущие

175