книги из ГПНТБ / Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении

велосипеда с предварительным электронагревом заго­ товки на Харьковском велосипедном заводе коэффи­ циент использования металла на деталь повысился с

34 до 73%. .

До недавнего времени основным методом изготовле­ ния поковок для клапанов на автомобильных и трактор­ ных заводах являлась горячая штамповка высадкой на горизонтально-ковочных машинах с последующей че­ канкой головки (тарелки) на кривошипном прессе. При

(для набора металла под головку клапана). Исходная заготовка подвергалась двукратному электронагреву: для высадки головки и ее чеканки.

При получении поковок для таких клапанов методом выдавливания исходной заготовкой служит обычная го­ рячекатаная конструкционная сталь. По новой техноло­ гии заготовка, нагретая токами высокой частоты, штам­ пуется в два перехода (первый — выдавливание стерж­ ня и набор головки, второй —• окончательная формовка головки до требуемых размеров). Сравнительные эконо­ мические расчеты свидетельствуют о том, что при изго­ товлении клапанов выдавливанием по сравнению с вы­ садкой трудоемкость снижается на 50%, расход метал­ ла уменьшается на 18%, а электроэнергии расходуется в 5 раз меньше.

Как известно, в машиностроении и металлообработ­ ке большое количество проката черных металлов еже­ годно расходуется на производство крепежных изделий. Если стержневые детали с шестигранными, квадратны­ ми, круглыми и другими фасонными головками точат из высокоуглеродистых и легированных сталей (пруток), в стружку уходит оК20 до 40% металла. Вот почему на предприятиях целесообразнее внедрить процесс высад­ ки с предварительным подогревом заготовок ниже тем­ пературы структурных превращений. При повышенных температурах металл в процессе пластической деформа­ ции упрочняется в значительно меньшей степени. В ре­ зультате требуется меньшее усилие для его деформиро­ вания, увеличивается срок службы инструментальной оснастки. Подтверждением сказанному могут служить такие примеры. На Минском тракторном заводе на кри­

130

вошипных прессах высаживается более 100 наименова­ ний деталей. По новой технологии вначале на заготов­ ке из калиброванной стали накатывается резьба. После нагрева высаживаемой части в индукторе токами высо­ кой частоты высаживается головка болта на кривошип­ ном прессе. Внедрение нового процесса получения бол­ тов с фасонными головками экономит свыше 500 т металла и на 15—50% снижает себестоимость. На Мин­ ском автомобильном заводе только от перевода выпуска пальцев рессор на полугорячее выдавливание экономит­ ся более 120 т металла в год.

Экономическая эффективность внедрения полугорячей высадки некоторых стержневых деталей показана в табл. 34.

Опыт, накопленный на минских машиностроитель­ ных заводах, показывает, что высадка фасонных головок стержневых деталей из калиброванных заготовок с предварительным местным индукционным подогревом является весьма прогрессивным технологическим про­ цессом, особенно эффективным в условиях массового и крупносерийного производства. Его внедрение на маши­ ностроительных заводах республики дает возможность сберегать ежегодно 6—8 тыс. т металла, а общий эконо­ мический эффект составит не менее 1,5 млн. руб.

Но развитие процесса горячего выдавливания в зна­ чительной степени сдерживается недостаточной стой­ костью и высокой стоимостью штамповой оснастки и рассредоточенностью производства однотипных деталей по кузнечным цехам различных заводов. Чтобы устра­ нить это положение, необходимо создать гамму специа­ лизированных прессов, удовлетворяющих технологиче­ ским требованиям процесса, обеспечить предприятия более стойкой сталью, из которой делается штамповый инструмент, путем внутриотраслевой специализации и кооперирования укрупнить производство -деталей, полу­ чаемых горячей штамповкой и выдавливанием.

Формообразование зубьев пластическим деформиро­ ванием. Практика подтверждает, что обработка метал­ ла давлением — наиболее прогрессивный способ формо­ образования деталей, так как она обеспечивает получе­ ние заданной формы и повышение физико-механических свойств изделия. С учетом этого преимущества в Совет­ ском Союзе впервые в мировой практике разработан и

внедрен в производство высокоэффективный технологи­ ческий процесс формообразования зубьев пластическим деформированием из заготовок с их предварительным подогревом токами высокой частоты. По предложению слесаря-механика Харьковского тракторного■завода И. П. Смирнова, на переоборудованном фрезерном стан­ ке еще в 1949 г. впервые была накатана шестерня по­ стоянного зацепления трактора «СХТЗ-НАТИ». При эксплуатационных испытаниях такая шестерня прослу­ жила почти три гарантийных срока. Впоследствии на­ катка шестерен на станках конструкции ЦНИИТМаш начала успешно внедряться на Челябинском и Минском тракторных заводах, Минском заводе шестерен, заводе, «Красный металлист» и других предприятиях страны.

На Минском тракторном заводе при накатке зубьев тракторных колес вес заготовки снижается до 7 кг. Это значит, что каждое 5—6-е колесо можно получить из сэкономленного металла. Благодаря расположению во­ локон металла по профилю зуба стойкость накатных ко­ лес по сравнению с нарезными повышается: из легиро­

катки штампованных заготовок на Минском заводе шестерен сэкономлено 500 т металла и 310 тыс. руб. Бла­ годаря внедрению горячей накатки зубьев шестерни стар­

На Московском автомобильном заводе им. Лихачева, Харьковском и Челябинском тракторных заводах освое­ на прокатка с осевой подачей заготовки плоских зубча­ тых колес с прямыми и косыми зубьями с модулем до 4 и диаметром до 200 мм. Точность зубчатого венца про­ катных колес соответствует 9—10, а чистота поверх­ ности — 5—6 классам.

Накатка зубчатых венцов на стане с радиальной по­ дачей валков применяется для получения зубчатых ко­ лес большого диаметра и крупного модуля. Профильная поверхность зубьев образуется в результате пластиче­ ского перемещения металла из впадин в головку зуба при многократном проникновении зубчатых валков в заготовку. Технологический процесс изготовления зубь­

133

ев звездочек путем накатки внедрен на Таганрогском, Херсонском и Ростовском комбайновых заводах. Годо­

ляет около минуты. Этот метод обеспечивает получение звездочек в пределах 3-го класса точности, на 15—25% сокращет расход металла и значительно увеличивает долговечность их в эксплуатации. По такой технологии на стане «ЦКБММ-13» на Челябинском тракторном за­ воде прокатываются шестерни коробки перемены пере­ дач (28 зубьев) и модулем, равным 7 мм.

Экономическая эффективность прокатки шестерен из штампованной заготовки в сравнении с зубонарезанием приведена в табл. 35. Экономические расчеты показы­ вают, что основную часть себестоимости крупномодуль­ ных зубчатых колес составляет стоимость металла (от 40 до 70% заводской себестоимости). При зубонарезании таких колес коэффициент использования металла равен в среднем менее 50%. При накатке шестерен из штампованных заготовок по сравнению с зубонарезани­ ем экономится от 14 до 24% металла. Лабораторные и производственные испытания подтвердили, что проч­ ность и износоустойчивость зубьев накатных колес в 1,5—2 раза выше, чем у нарезных.

Известно, что твердость зубьев и точность производ­

134

сделанные по прогрессивной технологии, при тех же раз­ мерах могут быть увеличены до 80% по сравнению с зубчатыми передачами, изготовленными на зуборезных и фрезерных станках. Следовательно, при одинаковой величине нагрузки на передачу вес зубчатых колес мо­ жет быть сокращен в 1,8 раза.

Поскольку накатные зубья шестерен по прочности и износоустойчивости превосходят нарезанные, то это да­ ет возможность при выпуске аналогичных деталей при­ менять углеродистую сталь пониженной прокаливаемости вместо дорогостоящей высоколегированной. Послед­ нее с успехом делается на Горьковском автозаводе и некоторых предприятиях нашей республики. Из этой стали выпущено более 100 тыс. ведомых конических ше­ стерен автомобиля «ГАЗ-51». За счет упомянутой заме­ ны сэкономлено более 250 тыс. руб. и около 400 т леги­ рованной стали. Затраты на внедрение метода горячей накатки шестерен окупаются в течение 2 лет.

Экономические расчеты свидетельствуют о том, что технический прогресс позволит в 1975 г. сделать мето­ дом накатки около 280 млн. шестерен, или 45% всего выпуска. Для этого потребуется 1000 зубонакатных ста­ нов. Общий экономический эффект от внедрения зубонакатки составит около 50 млн. руб., в том числе будет сэкономлено более 180 тыс. т проката.

Наиболее эффективным методом формообразования зубчатых профилей является радиальное прессование. Используя его, на заводе «Гомсельмаш» впервые в мировой практике освоили высокопроизводительный тех­ нологический процесс изготовления звездочек комбай­ нов путем размерно-чистового пластического деформи­ рования. Радиальная штамповка зубчатого венца звез­ дочки цепных передач осуществляется из заготовки с местным электронагревом в индукторе токами высокой частоты. Благодаря высокой скорости нагрева заготовки в защитной среде окисление металла и образование ока­ лины относительно невелико.

Операция формообразования зубчатого венца авто­ матизирована и совмещена с термическим упрочнением детали с использованием тепла ковочного нагрева. За счет правильной ориентации волокон металла, упрочне­ ния поверхностного слоя долговечность штамповочных звездочек в 1,5 раза выше, чем фрезерованных.

135

Опыт радиальной штамповки звездочек комбайна «СК-2,6» на заводе «Гомсельмаш» показывает, что пресс, оснащенный необходимым инструментом, заме­ няет 35—45 зубообрабатывающих станков. Производи­ тельность труда повышается в 25—50 раз, на каждой де­ тали экономится от 15 до 25% металла. При изготовле­ нии 250 тыс. звездочек этим методом себестоимость их оказалась на 44,7% ниже, чем фрезерованных, а общий годовой экономический эффект составил 48,4 тыс. руб. При размерно-чистовой обработке металла давлением чистота поверхности деталей может достигать 9—10-го классов, а точность исполнения размеров выдерживает­ ся в пределах 3—4-го классов.

Достоинства процесса радиальной штамповки в со­ четании с высокой производительностью и износоустой­ чивостью создают предпосылки для широкого внедрения этого прогрессивного метода не только на предприятиях республики, но и за ее пределами.

Анализ номенклатуры звездочек, применяемых для цепных передач в сельскохозяйственном машинострое­ нии СССР, подтверждает, что около 70% их потреб­ ности целесообразно делать методом радиальной штам­ повки вместо обработки резанием. Это позволит сэконо­ мить около 35 тыс. т металла, высвободить большое количество зубообрабатывающеш оборудования и произ­ водственных площадей. Общий экономический эффект от внедрения этого метода только в сельхозмашиностро­ ении составит более 8 млн. руб.

К сожалению, этот прогрессивный технологический процесс в машиностроение внедряется крайне медленно. Например, для производства автомобилей и тракторов ежегодно изготовляют около 16 млн. конических колес, а из них методом накатывания — лишь 400 тыс., или 4%. Между тем опыт многих отечественных заводов по­ казывает, что таким способом можно получать около 45% колес. При этом экономится от 15 до 20% металла по сравнению с зубонарезанием. Основная причина от­ сталости кроется в том, что до сих пор не организовано централизованное производство зубонакатного обору­ дования в промышленном масштабе, в связи с чем ма­ шиностроительные и металлообрабатывающие пред­ приятия вынуждены сами изготовлять такое оборудова­ ние. Обходится оно очень дорого, а качество его низкое.

136

водства. Ротационная ковка представляет собой один из процессов редуцирования (вытяжки) пруткового метал­ ла и труб за счет уменьшения поперечного сечения заго­ товки путем всестороннего бокового обжатия посредст­ вом силового воздействия быстродействующих бойков (матриц). Ротационно-ковочные машины малых габари­ тов могут производить 4000, а машины более крупных габаритов — 1800 и более ударов в минуту. Благодаря этим факторам время одного обжатия исчисляется ты­ сячными или десятитысячными долями секунды. Ско­ рость подачи заготовки— 10—50 мм/сек. В отличие от действия пресса при ротационном обжатии весь ход мат­ риц исчисляется одним миллиметром или его долями, тогда как ход ползуна (штампа) кривошипных прессов равен 70—460 мм. В большинстве случаев вся операция заканчивается за несколько секунд. При ротационном обжатии общая степень деформации за один проход до­ ходит до 40% первоначальной площади.

Радиальной ковкой можно выполнять точные опера­ ции, как и на ротационно-ковочных машинах. На этих машинах из круглых и квадратных, сплошных и полых, обжимаемых на фасонных оправках заготовок получают как трубчатые, так и сплошные фасонные, цилиндриче­ ские и конические изделия из углеродистой и легирован­ ной стали. Холодной ковкой на радиально-ковочных ма­ шинах австрийской фирмы «Гезельшафт фюр фертигунгстекник унд машинебау» делают внутренние шлицы, зубчатые зацепления и другие сложные профили. Это дает возможность сэкономить свыше 50% металла.

Благодаря указанным преимуществам ротационная и радиальная ковка находят широкое применение во мно­ гих отраслях промышленности. В автомобилестроении этим прогрессивным способом изготовляют шаровые шарниры для систем подвесок, соединительные муфты кардана, полуоси задних мостов автомобиля, выхлопные патрубки, ступенчатые валы различного назначения, клапаны двигателей и другие изделия.

Например, в обычных условиях стержень клапана после штамповки и соответствующей термообработки

137

подвергается проточке, а затем четырехкратному шли­ фованию. Метод ротационного обжатия позволяет одно­ временно заменить токарную обточку и шлифование. Чистота обработки обжатого стержня при этом соответ­

8-го класса. Внедрение этого метода при обработке кла­ панов двигателей позволяет снизить трудоемкость их из­ готовления и уменьшить расход металла на 12—14%.

Метод редуцирования ступенчатых валов из загото­ вок на вертикальных радиально-ковочных машинах впервые в СССР был внедрен на московских заводах «Динамо» и им. Серго Орджоникидзе. Машины имеют программный механизм управления, позволяющий про­ изводить ковку валов, имеющих 6—13 ступеней. Поков­ ки разных конфигураций и размеров обрабатываются одновременно четырьмя сходящимися к центру матри­ цами.

На заводе «Динамо» на радиально-ковочных маши­ нах обрабатываются заготовки для 130 наименований ступенчатых валов весом от 9 до 45 кг каждый. Благо­ даря внедрению этого метода коэффициент использова­ ния металла по сравнению с обработкой резанием увели­ чился с 0,32—0,81 до 0,40—0,91. В результате экономится 35 тыс. руб. в год. Затраты, связанные с внедрением та­

138