Файл: Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 0
Важное условие экономии металла — приближение формы профиля к форме деталей, которая достигается путем пластического деформирования металла прессо ванием. Этот процесс не требует сложного инструмен та, а детали можно получать самых различных конфи гураций. Он более эффективен по сравнению с прокат кой. Так, если при штамповке или ковке заготовок из обычной профильной стали от 15 до 20% металла на правляется в облой, высечку и стружку при последую щей механической обработке, то с внедрением прессова ния эти потери можно намного сократить.
Сортамент фасонных сортовых профилей, выпускае мый в СССР, намного уже, чем в наиболее развитых за рубежных странах. Французская фирма «Шверторпрофил», например, освоила около 15 тыс. типоразмеров горячекатаных, прессованных и холоднотянутых фасон ных профилей из различны* марок сталей. Фирма по ставляет их предприятиям 10 отраслей промышленности как в виде готовой продукции, так и в виде заготовок под последующее волочение или механическую обработ ку. По данным этой фирмы, изготовление деталей из прессованных или холоднотянутых фасонных профилей позволяет экономить от 15 до 22,5% металла.
Другая французская фирма («Сефилас») фасонные профили обычной и высокой прочности делает из прессо ванных заготовок методом холодного волочения либо хо лодной прокатки. Бельгийская фирма поставляет на ры нок 5,3 тыс. типоразмеров стальных фасонных профилей обычной и высокой точности. Из них Т-образных— 189
типоразмеров, |
Г-образных — 479, |
П-образных— 152, |
Z-образных — 45, С-образных — 80, |
5-образных — 75, |
|
балочного типа — 33, клинообразных — 46. |
||
Расширение |
производства экономичных видов про |
|
филей металлопроката в повой пятилетке . позволит повысить планируемую эффективность использования ме талла в машиностроении. Например, внедрение Т-образ- ного профиля для рессор снизит их вес на 8—12%„ увели чит долговечность при эксплуатации. Только за счет этого будет сэкономлено 100 тыс. т проката в машиностроении.
Недавно фирма «Форд» (Англия) разработала но вую технологию получения рессорной стали повышенно го качества. Это позволяет снизить вес рессоры на 24 и уменьшить число листов в ней на 40%. Расширяется
54
Т а б л и ц а 11
Сравнительная прочностная характеристика профилей проката различных по форме сечений при одинаковом весе
П р о ф и л и
Трубчатый
Коробчатый
Круглый
Двутавровый
Прямоугольный
Н а и б о л ьш и й
|
2 |
г |
доп усти м ы й |
||
|
к |
м ом ент по |
|||
|
см |
а, |
|||
н а п р я ж е н и ю , |
||||
|
р |
|||
|
дащолПь сеч ен и я , |
есВогопн н о г о м е т |
юабигзищ и й |
к г /с м |
|
|
ищятурк й |
||||
Р а зм ер ы с еч ен и я , мм |
|
|
|
|
D=100, d = 90 |
d = 10 |
28,3 |
22 |
58,2 |
116,0 |
|
/г= 100, |
6=75, |
29,5 |
22 |
66,3 |
104,0 |
|
d = 60 |
6=100, |
d=10 |
28,3 |
22 |
21,2 |
43,2 |
6=100, |
29,5 |
22 |
90,0 |
12,0 |
||
/г= 100, |
6=29 |
|
29,0 |
22 |
48,3 |
2,7 |
объем применения более прогрессивных рессор: с листа ми переменного сечения, многолистовых с постоянной частотой собственных колебаний и однолистовых. Вы носливость таких рессор в отдельных случаях возросла до 60%.
Многообразие профилей проката открывает большие возможности для наиболее рационального их использо вания в конструкциях машин. Если применять их диф ференцированно, в соответствии с характером переда ваемых усилий, это обеспечит значительное снижение конструктивной металлоемкости машин.
От выбора формы поперечного сечения профиля в значительной мере зависят прочностная характеристика и расход металла (табл. 11). При одинаковых площадях поперечного сечения и весе наиболее высокой несущей способностью обладают коробчатые формы поперечного сечения. Поэтому они и положены в основу конструкции станин металлорежущих станков, используются и для усиления рамы грузовых автомобилей.
Большой экономической эффективностью отличаются полые профили проката по сравнению со сплошными та кой же формы (табл. 12), так как при одинаковой проч-х ности у них меньшие площади поперечного сечения и вес погонного метра.
55
Т а б л и ц а 12
Экономическая эффективность применения полых профилей проката в машиностроении
Ф орм а сечения
|
Р а зм е р ы с е ч е н и я , м м |
М ом ент и н е р ц и и , см* |
М ом ент с о п р о т и в л е н и я , с м 3 |
П л о щ а д ь п о п ер еч н о го с е ч е н и я , см |
В ес погонн ого м е т р а , к г |
С ни ж ен и е в е с а по сравнению со сплош ны м к р у г л ы м сечен и ем , % |
Круглая сплошная |
0=50 |
31,4 |
12,5 |
19,6 |
15,3 |
6 |
Круглая полая |
0= 60 |
33,5 |
11,2 |
8,6 |
6,8 |
55 |
|
d = 50 |
|
|
|
|
|
Квадратная сплошная |
А = 4 2 |
26,0 |
12,4 |
17,6 |
13,7 |
10 |
Квадратная полая |
А 0= 50 |
30,6 |
12,4 |
9,0 |
7,0 |
54 |
|
а = 40 |
|
|
|
|
|
Прямоугольная сплошная |
0=25 |
34,4 |
12,5 |
13,8 |
10,8 |
30 |
Прямоугольная полая |
//=55 |
33,0 |
11,1 |
8,0 |
6,2 |
59 |
|
о 0= зо |
|||||
|
Н 0= 60 |
|
|
|
|
|
|
Ь= 20 |
|
|
|
|
|
|
А=50 |
|
|
|
|
|
Эллипсообразная сплошная |
Л=30 |
31,8 |
12,0 |
15,5 |
12,0 |
21 |
Эллипсообразная полая |
0=15 |
33,0 |
11,0 |
8,0 |
6,3 |
59 |
|
Л0=25 |
Оо=20 а=17 &=12
Полые профили проката в машиностроении обеспечи вают снижение веса деталей по сравнению со сплошны ми в среднем на 50%. Например, если для изготовления деталей машин применить сплошные круглые или квад ратные профили, то вес погонного метра заготовок со ставит 15,3 и 13,7 кг. При использовании для этих целей равнопрочных полых заготовок такой же формы их вес уменьшится соответственно до 6,8 и 7 кг.
56
Уменьшение веса металла на единицу прочности мо жет быть достигнуто путем рационального сочетания размеров между отдельными элементами конфигурации профилей массового потребления. Наибольшую эффек тивность в этом отношении может дать применение в ма шиностроении сортамента облегченных балок и швелле ров, а также улучшенной уголковой стали. При том же моменте сопротивления вес профилей нового сортамента меньше. В результате уменьшения толщины стенки и полки двутавровых балок за счет увеличения ширины полки жесткость их по сравнению с обычными возросла, а вес снизился от 15 до 27%. Весьма перспективно использовать тонкостенные балки и швеллера, широко полочные двутавры (ГОСТ 6184—52, 6185—52 и 6183 — 52). Как показывают ориентировочные подсчеты, эконо мия металла в данном случае составляет 13—30% веса заменяемых профилей. Так, в результате частичной за мены обычных балок и швеллеров в дорожных машинах на заводе «Ударник» экономится 70 т проката в год.
ВИСХОМ разработаны рациональные профили швел леров с укороченными и удлиненными полками. При за мене обычных швеллеров, двутавра или полосовой ста
ли облегченными |
в конструкциях |
сельскохозяйствен |
ных машин экономится от 5 до 72% металла. |
||
Облегченные профили проката еще не нашли широ |
||
кого применения |
в машиностроении |
республики. Доля |
потребления их в общем расходе проката такого сорта мента не превышает 3%. Между тем при сохранении требуемой жесткости и прочности трубы облегченного профиля значительно снижают вес конструкции. На их изготовление идет мало материала, отходы металла не значительны. На Минском автомобильном заводе, к при меру, в результате изготовления трех деталей для авто прицепов из легких труб сэкономлено в течение года
92т проката.
Ксожалению, борьба за экономию металла на мно гих предприятиях находится еще не на должном уровне. Еще довольно много металла используется нерацио нально. Например, замена валов механизма трансмис сии мостовых кранов и валов растворомешалок на по лые профили или толстостенные трубы дала бы возмож ность сэкономить на этих предприятиях не менее 40% металла.
57
Рациональное использование металла в значитель ной степени зависит от поразмерного сортамента про ката. Известно, что все массовые профили проката име ют различные геометрические размеры по длине, шири не и поперечному сечению. Частота градации каждого профиля играет важную роль в деле экономного расхо дования металла.
Из конструкторской практики известно, что при опре делении необходимого сечения данного профиля полу ченное расчетным путем сечение округляют до целых чи сел в большую сторону, а при отсутствии в сортаменте данного размера берут больший из них. Следовательно, чем больше частота градации размеров данного профи ля проката, тем шире возможность выбора размера, на ходящегося ближе к расчетному, и тем меньше перерас ход металла. И наоборот, при значительных диапазонах между ближайшими размерами, предусмотренными по стандартам, получается перерасход металла. Поэтому узкий сортамент проката по размерам и профилям имеет преимущество только с точки зрения эффективно сти использования производственных мощностей прокат ных станов и не преследует цель эффективного расходо вания металла потребителями. Например, по действую щим стандартам горячекатаный лист толщиной от 6 до 12 мм изготовляется через 1 мм, от 12 до 32 мм — че рез 2, от 32 до 60 мм — через 4—5 мм. Подобная града ция в размерах наблюдается и по другим видам.
При выборе материала в таком случае конструкторы поступают следующим образом: если по условиям кон структорского расчета требуется лист толщиной 12,5 мм, то предусматривается ближайший больший размер по стандарту, т. е. 14 мм, что приводит к перерасходу око ло 12% металла. Если нужен по расчету круг или квад рат размером 23 мм, то по стандарту можно брать про филь 24 мм. Тогда расход металла увеличивается на
8- 10% .
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что металлургические заводы больше интереса проявляют к эффективной загрузке производственных мощностей (при этом меньше времени уходит на переналадку про катных станов), нежели к экономному использованию вырабатываемого ими проката в потребляющих отрас лях промышленности.
Черная металлургия пока не в полной мере обеспе чивает потребность машиностроения в нужных профи лях и размерах металлопроката, что является одной из причин низкого использования металла. Поэтому произ водство поразмерного сортамента проката должно раз виваться не в узковедомственных интересах, а с учетом экономии металла потребителями.
Экономия металла в процессе потребления в значи тельной степени зависит от его качества и сортамента. Применяемая в металлоконструкциях углеродистая сталь обыкновенного качества имеет низкие механические свойства, что приводит к увеличению сечения профиля. В результате значительная доля прочности металла рас ходуется на несение собственного веса конструкции за счет уменьшения доли прочности, предназначенной для полезной нагрузки. Уменьшение размера сечений за счет внедрения материалов повышенной прочности для на груженных деталей намного снижает вес машин.
Важное условие повышения прочностных характера стик стали на единицу площади сечения — улучшение ее химического состава путем легирования различными элементами. Вносимые в качестве легирующих добавок хром, никель, вольфрам, молибден и ванадий очень де фицитны и дорогостоящи. В связи с этим велись поиски по замене названных элементов менее дефицитными.
Они увенчались созданием низколегированных сталей.
По сравнению с углеродистыми этим сталям прису щи весьма высокие механические и технологические свойства: повышенная прочность и пластичность, малая чувствительность к старению и хладноломкости, хоро шая сопротивляемость абразивному износу и коррозии.
Внедрение низколегированных сталей в машино строение позволяет снизить вес машин и оборудования, уменьшить геометрические размеры деталей и узлов и за счет этого сэкономить не менее 20% металлопроката. Долговечность металлических конструкций из низколе гированной стали по сравнению с углеродистой сталью обыкновенного качества повышается в 1,5—2 раза.
В связи с большой эффективностью низколегирован ных сталей в машиностроении и других отраслях народ ного хозяйства выпуск их к концу 1975 г. возрастет по сравнению с 1970 г. на 69%. За счет роста объема про изводства и широкого внедрения низколегированных