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

маш — 39,5 тыс. т металла и т. д. Особенно выгодно ис­ пользовать эти стали в строительном и дорожном маши­ ностроении, где по условиям работы машины и оборудо­ вание подвергаются большим воздействиям атмосферной и почвенной коррозии. Однако эти факторы у нас в стране до сих пор мало учитывались.

По данным Научно-исследовательского института строительного и дорожного машиностроения (Москва), в настоящее время в производстве строительных и до­ рожных машин в СССР расходуется 83%' углеродистых сталей, 11,1— легированных и только 1,9%—низколе­ гированных сталей, тогда как в этой отрасли машино­

наружные узлы машин изготовляются, как правило, из качественных сталей. Это позволяет эксплуатировать их

сравнении с обычной углеродистой сталью вдвое превы­ шает процент экономии, так как при этом уменьшается вес конструкции.

Практика использования низколегированных сталей в машиностроении республики подтверждает, что при сохранении требуемой прочности они обеспечивают сни­ жение конструктивной металлоемкости в пределах 20— 25%. Так, замена конструкционной стали марки 45 низ­ колегированной сталью 25ХГТ для изготовления шесте­ рен на Минском моторном заводе повысила их долговеч­ ность в 6 раз и обеспечила 221 тыс. руб. экономии в год.

На Минском автозаводе шестерни редуктора заднего моста делают из безникелевой стали ЗОХГТ вместо ста­ ли 12ХНЗА, сателлиты дифференциала, шестерни, полу­

из безникелевых сталей, свидетельствует о том, что они более износоустойчивы. В результате внедрения указан­ ных марок сталей экономический эффект только в ма­

60

териале на каждую тонну сортового проката составляет около 10—15%. На Белорусском автозаводе внедрение низколегированной стали СХЛ-4 вместо толстолистовой стали СтЗ дало возможность сэкономить 260 кг проката на каждом автомобиле.

Область применения низколегированных сталей в машиностроении весьма обширна (табл. 13). Они с большой экономической эффективностью могут исполь­ зоваться для изготовления силовых высоконагруженных деталей автомобилей, тракторов, дорожных и подъ­ емно-транспортных машин, металлорежущих станков, сельскохозяйственных машин.

Большие потенциальные возможности экономии ме­ талла таятся в использовании полуспокойной и кипящей сталей вместо спокойных. Полуспокойная сталь отлича­ ется от спокойной степенью раскисленности или сте­ пенью удаления кислорода. Термин «полуспокойная сталь» взят для характеристики стали, имеющей проме­ жуточную степень раскисленности.

Испытания металла опытных плавок и исследования промышленных партий полуспокойной стали на некото­ рых металлургических заводах страны показали, что по уровню и однородности механических свойств при испы­ тании на разрыв полуспокойная сталь, прокатанная на мелкий и средний сорт, балки и швеллеры, уголок и лист толщиной до 20 мм, практически не отличается от спо­ койной стали аналогичных марок.

По заключению Украинского научно-исследователь­ ского института металлов, замена спокойных сталей полуспокойными на 8—10% уменьшает расход металла на производство проката и в 2 раза сокращает расход ферросилиция и алюминия. При замене спокойной стали кипящей расход раскислителей сокращается еще боль­ ше. Стоимость полуспокойной и кипящей сталей на 10— 30% ниже стоимости спокойной стали.

Несмотря на указанные преимущества, потребители в большинстве случаев заказывают спокойную сталь, тогда как для многих деталей машин и оборудования можно с успехом применять полуспокойную и кипящую стали. Так, в США кипящей и полуспокойной сталей по­ требляется гораздо больше, чем спокойной. Эти соотно­ шения составляют 1:1, 1 : 2, а в СССР — 1:5, 1:10. В судостроении Белоруссии, к примеру, расходуется спо-

61

Т а б л и ц а 13

Низколегированные стали, рекомендуемые ЦНИИЧермет и ВИАМ для замены никельсодержащих сталей в машиностроении

62

G3

конная сталь, а в зарубежных странах — полуспокойная. Для изготовления листов толщиной менее 12,5 мм там используют кипящую сталь.

Опыт отечественных металлургических заводов пока­ зывает, что полуспокойная стал* ожет с успехом при­ меняться для производства сортового и толстолистового проката. Производство сортового и толстолистового про­ ката в СССР в 1,5 раза выше, чем в США, а доля полуспокойной стали в сортаменте металлопотребления

СССР еще невелика. Удельный вес потребления полуспокойной и кипящей сталей в промышленности Белорус­ сии составляет 2,5—3% общего расхода проката. По предварительным данным научно-исследовательских ин­ ститутов, доля полуспокойной стали в машиностроении может быть повышена в 1,5—2 раза. Полуспокойные стали — неплохой материал в производстве сельхозма­ шин, кузовов автомобилей и других изделий.

Полуспокойная сталь вполне пригодна для фасонно­ го проката из стали ЗПС и 5ПС толщиной до 20 мм, сор­ тового проката диаметром 20—26 мм, а также горяче­ катаных листов из стали марок 1ПС, 2ПС, ЗПС, ДПС и 08ПС. Широкое внедрение полуспокойных и к пящих сталей в машиностроение позволит сберечь для нужд народного хозяйства значительные средства.

Большой экономический эффект дает использование рулонной стали. Применение ее в электротехнической промышленности экономит 6—8% металла, а в целом по машиностроению — около 200 тыс. т проката. Так, на могилевском заводе «Электродвигатель» за счет внедре­ ния холоднокатаной динамной стали, имеющей мень­ шие удельные потери и большую магнитную проницае­ мость по сравнению с горячекатаной такой же сталью, вес нового электродвигателя 4А по сравнению с анало­ гичным по мощности и числу оборотов на 45% меньше, а коэффициент полезного действия его на 2% выше.

Во вновь строящемся цехе кабин на Минском трак­ торном заводе намечено использовать широкополосный рулонный листовой прокат. Это даст возможность повы­ сить коэффициент использования проката с 0,69 до 0,75, благодаря чему будет сэкономлено свыше 600 т металла.

Для уменьшения веса машин и их стоимости весьма важное значение имеет повышение не только абсолютной прочности машин, но и относительной прочности. Пре-

64

имуществом пользуются алюминиевые и магниевые сплавы, титан и некоторые другие материалы. В этом случае снижение веса литых деталей из названных ма­ териалов достигается как за счет меньшего удельного веса, так и за счет ш/яушения точности отливок. Под­ считано, что при широком внедрении упомянутых мате­ риалов в машиностроении можно ежегодно высвобож­ дать 112 тыс. т проката черных металлов.

Практика показывает, что легковесные детали особен­ но эффективны в двигателестроении. Повышение мощно­ сти двигателя в первую очередь зависит от увеличения рабочего объема цилиндров. А это ведет к повышению габаритов двигателя. Следовательно, для снижения веса двигателя нужно больше применять в его конструкции легковесные материалы.

В последние годы создано большое количество высо­ копрочных и легких сплавов на алюминиевой, магниевой и титановой основе. Магниевые сплавы превосходно об­ рабатываются резанием, имеют повышенное сопротивле­ ние к коррозии и способны к сварке. Благодаря легковес­ ности и повышенной прочности магниевые сплавы нахо­ дят широкое использование в машиностроении для изготовления деталей, подвергаемых статическим и дина­ мическим нагрузкам, особенно в самолетостроении, авто­ мобильной промышленности и других отраслях.

Высокая механическая прочность, антикоррозийные и эрозийные свойства титановых сплавов в сочетании с лег­ ковесностью дают возможность широко использовать их в автомобилестроении, химической промышленности, в самолетостроении, атомной и реактивной технике, судо­ строении и других отраслях машиностроения.

Алюминиевые сплавы благодаря своей легковесности, высоким механическим свойствам, превосходной техно­ логичности нашли широкое применение не только в ма­ шиностроении, но и в строительстве, в выпуске товаров народного потребления и других изделиях.

Алюминиевый сплав АЛ 10В благодаря невысокой стоимости и хорошим технологическим свойствам про­ должительное время служил основой для изготовления поршней и других ответственных деталей в автомобиль­ ной промышленности и тракторостроении. Но в связи с тенденцией увеличения надежности и долговечности работы двигателя механическая прочность сплава оказа-

Та бли ца 14

лась невелика. Для повышения прочностных характери­ стик этот сплав па Минском моторном заводе начали модифицировать небольшими присадками гелия, церия и ванадия. После термической обработки механические свойства сплава повысились на 20—25%.

В табл. 14 приводятся данные по весовой и прочност­ ной характеристике некоторых сплавов, нашедших широ­ кое применение в машиностроении. Эти примеры свиде­ тельствуют о том, что алюминиевые и магниевые сплавы по удельной прочности не уступают высоколегированной конструкционной стали, а по удельному весу они легче ее в 2,9 и 4,6 раза. Титановые сплавы по удельной проч­ ности на 43% выше хромоникелевой стали, а по удельно­ му весу меньше ее на 73,%.

В табл. 15 приведена удельная металлоемкость авто­ мобильных двигателей в зависимости от материала изго­ товления корпусных деталей: блок цилиндров, головка блока и картер. Практика показала, что головка блока цилиндров, изготовленная из алюминия, не только легче, но и имеет лучшую теплопроводность, а это способствует лучшему охлаждению двигателя. Чаще всего алюми­ ниевые картеры устанавливаются на автомобиле с задним расположением двигателя, что способствует улучшению распределения веса по осям.

Фирмы ФР1 проводили опыты по изготовлению цилиндров из сплавов алюминия с кремнием. Испытания показали, что их износоустойчивость не уступает цилинд­ рам, сделанным из лучших марок чугуна, но из-за высо­ кой твердости поверхности затруднена их механическая обработка.

66

Т а б л и ц а 15

Материал основных корпусных деталей и весовые параметры некоторых автомобильных двигателей различных фирм ФРГ

корпусных деталей двигателей накоплен в США, где еще в 1931 г. выпускался 16-цилиндровый двигатель с кор­ пусными деталями из алюминия. Вес алюминиевых дви­ гателей оказался на 50% легче, чем двигателей из чугуна.

Фирма «Алкоа» разработала технологию изготовле­ ния и выпускает надежные и дешевые автомобильные радиаторы из алюминия. Пайка таких радиаторов произ­ водится в обезвоженной (сухой) атмосфере, что способ­ ствует значительному снижению потребляемого флюса и

позволяет получить соединения с высокой степенью на­ дежности.

Французские фирмы проводили эксперимент по заме­ не стальных шатунов в автомобильных двигателях на алюминиевые. Это дало возможность повысить мощ­ ность двигателя на 7,4%. Фирма «Порше» ставит на автомобильные двигатели алюминиевые цилиндры с хро­ мированной рабочей поверхностью.

На двигателе автомобиля фирмы «Шеврале» из алюминиевого сплава отливают картер и головку блока цилиндров. Для автомобилей «Ролс-Ройс» из алюмини­ евого сплава отливают картер, блок и головку цилинд­ ров. В последние годы в Англии из алюминия пытаются делать кузова грузовых автомобилей. Это дает возмож­ ность не только снизить их вес (на 60%), но и увеличить полезную нагрузку.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что алюминий фактически стал обычным материалом в автомобилестроении. В США на один автомобиль его расходуется около 35 кг (по весу готовых деталей).

Несмотря на преимущества корпусных деталей в алюминиевом исполнении как в США, так и Европе, к производству таких двигателей относятся с большой осторожностью, так как их стоимость выше, чем двига­ телей с корпусными деталями из чугунного литья, а изно­ состойкость ниже. Первые опыты эксплуатации автомо­ бильных двигателей с алюминиевыми корпусными дета­ лями показали, что в головках блока легко срывается резьба под свечу зажигания, вызывается необходимость установки вставного кольца седла и направляющей втул­ ки стержня клапана. Кроме этого, алюминиевые картеры не обеспечивают надежной жесткости опор коленчатого вала, как чугунные.

Биметаллические материалы с успехом используются при изготовлении щек камнедробилок, зубьев экскаватор­ ных ножей, скреперов и других деталей, работающих в условиях абразивного износа. Подшипники скольжения в дорожных машинах минского завода «Ударник», сделан­ ные из биметаллической полосы, позволили в 4—10 раз сократить расход цветных металлов и в 2—3 раза повы­ сить долговечность втулок.

В порядке изыскания более прогрессивных методов получения самозатачивающихся рабочих органов разра­

68