книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

Из приведенного примера можно заключить, что рассмотрен* ная задача в общем виде решается так:

Таким образом, исходя из результатов расчета, следовало бы остановиться на легированной стали как обеспечивающей эконо­ мию не только в расходе материала, но и в затратах на изготовле­ ние и эксплуатацию аппарата. Однако нельзя не доучитывать и степень дефицитности легированной стали с одной стороны,

истепень стабильности технологического процесса (а вместе с ним

иконструкции самого варочного аппарата) — с другой. При от­ сутствии уверенности в том, что аппарат действительно будет ра­ ботать все 12 лет, может оказаться более рациональным и эконо­ мичным изготовление его из двухслойной стали. Этот вопрос, ко­ нечно, в каждом отдельном случае должен решаться особо.

Однако далеко не всегда при выборе материала, наиболее эко­ номичного в имеющихся производственных условиях, требуется столь развернутый расчет. Примером этому может служить сле­ дующий, взятый из практики одесского завода им. Октябрьской революции.

На этом заводе при изготовлении плугов ПН-4-35А и ПН-4-35С болты, слу­ жащие для крепления кронштейнов навески плугов, делались из стали СтЮ. Тонна болтов М27Х140 из такой стали стоила 234 р., а болтов М27Х150—224 р. Эти болты, не отличаясь большой надежностью, требовали частых подтяжек, из-за чего их решили делать из стали 35, имеющей на 70% больший срок службы. Правда, болты из этой стали расценивались дороже — тонна болтов М27Х140 обходилась 270 р., а болтов М27Х150 — 258 р.

Годовая потребность в малых болтах равнялась 31 500 шт., а в больших — 94 500 ш.т

Проведенная замена (даже не считая той экономии 21,8 р. на каждый плуг, которую получили потребители благодаря сэкономленному времени на подтяжку болтов) оказалась и для завода весьма эффективной. При расчете учитывалась

ПО

б) для ботлов М27Х150 —

. 9 = (о,!58 — 0,182 - р^ - ) 94500 = 4819,5 р .

Общая сумма экономии, полученная заводом от замены дешевого материала более дорогим, но отличающимся большей износостойкостью, получилась рав­ ной 6426 р. .

Для экономически обоснованного выбора соответствующего материала, кроме общих соображений о целесообразности приме­ нения.того или иного материала или типа заготовки, необходимо, чтобы конструктор имел в своем распоряжении различные спра­ вочные данные об абсолютной и относительной стоимости разных материалов, их износостойкости, нормах расхода на одну весовую единицу при разнообразных технологических процессах получе­ ния заготовок.

Конструктор должен также пользоваться соответствующей классификацией различных заготовок по признакам веса, слож­ ности и др. Следует знать и коэффициенты удорожания 1 т гото­ вых деталей по сравнению со стоимостью 1 т исходного материала, для чего, как это было сделано, например, на ленинградском Кировском заводе, также составляется специальная таблица (табл. 17).

Подобные справочные таблицы облегчают экономические рас­ четы, а иногда и вообще позволяют без них обойтись.

Ассортимент конструкционных материалов в настоящее время чрезвычайно широк. Это дает возможность конструктору выбрать материал, наиболее отвечающий предъявляемым к детали техни­ ческим требованиям и обеспечивающий наименьшие производ­ ственные потери. '

Конструктор всегда должен помнить, какое огромное значение для нашего народного хозяйства имееткаждый процент сэконом­ ленного металла. Такая экономия позволила в 1967 г. некоторым нашим автомобильным заводам дополнительно выпустить около

С развитием техники получения высококачественных чугунов они все больше начали вытеснять не только углеродистую, но и легированную сталь. Например, Харьковский моторостроитель­ ный завод «Серп и молот» вместе с Харьковским автомобильнодорожным институтом провел интересную работу по замене про­ ката термически обработанным высокопрочным магниевым чугу­ ном и добился в обшей сложности снижения расхода проката на 15 кг для каждого двигателя.

1 Здесь и дальше мы приводим ряд иллюстративных цифр из брошюры ЦБТИМС [62], дающей реферативную информацию по этому вопросу.

Ш

Таблица 17

Относительная стоимость деталей по сравнению со стоимостью исходных материалов и заготовок

Соотношения стоимости отливок в %, по данным заводов УССР, таковы: серый чугун — 100, высокопрочный чугун при обработке жидкого металла магнием в герметизированных ковшах — 122; тот же чугун при камерном способе обработки — 129; углероди­ стая сталь — 150.

Интересные данные об эффективности замены углеродистых сталей низколегированными в деталях, рассчитанных на растя­ жение и другие виды нагрузок, были получены в исследованиях

Г.Ф. Куронен г .

1Из сообщения на научно-производственной конференции по вопросам эко­ номики и организации технической подготовки производства (Одесса, 1969 г.).

112

Экономия металла в % выражается следующими цифрами:

Более точные расчеты экономии металла на стадии проекти­ рования (для деталей, работающих на растяжение) можно про­ вести, пользуясь рекомендуемой автором исследований форму­ лой:

ления соответствующих марок стали.

Себестоимость 1 т низколегированной стали на 13—25% выше себестоимости 1 т углеродистой стали. Удельные капиталовло­ жения в производство низколегированных сталей выше анало­ гичных затрат для углеродистой стали только на 4—8%. Поэтому приведенные затраты низколегированных сталей отличаются от

где а = З н л : З у — коэффициент увеличения стоимости обработки низколегированной стали (для простых д е т а л е й — 1,2; для дета­

При расчете экономии у потребителя от применения деталей, сделанных из низколегированных сталей (вместо углеродистых), конечно, должен учитываться повышенный срок их службы и при необходимости вводиться поправка на фактор времени.

В современных машинах все большее врименение находят материалы, дифференцированного назначения, позволяющие эко­ номить дорогие высококачественные стали, расходуемые лишь для тех частей деталей, которые работают с наибольшим напря­ жением. На этом принципе основана облицовка лопастей рабочих колес турбин, изготовлявшихся ранее целиком из нержавеющей стали. Такое мероприятие дало возможность, в частности, по тур­ бинам Куйбышевской ГЭС сэкономить 2400 т металла и снизить себестоимость каждой турбины на 180 ООО р.

Из материалов дифференцированного назначения в насто­ ящее время изготовляются шестерни, на чугунное тело которых насаживаются зубчатые венцы из легированной стали. Широко

Большое влияние на экономическую эффективность примене­ ния материалов дифференцированного назначения оказывает и технология. Известно, например, что процессы плавки, сварки, прессовой посадки, пайки неравноценны и затраты на изготовление деталей из таких материалов при этих процессах различны. Поэтому конструктор должен проверять расчетом экономическую целесообразность их использования.

Экономии металлов и снижению веса конструкций способствует и применение облегченных (пустотелых, тонкостенных, гнутых, фасонных) профилей проката, и использование периодического проката, хотя они пока стоят примерно на 30% дороже сортового.

На Челябинском кузнечно-прессовом заводе использование фасонных профилей проката при изготовлении автомобильных колес дало свыше 14% экономии сортового проката. Гнутые профили на Ворошиловоградском тепловозостроительном заводе дают 120.0 т ежегодной экономии металла; на Уральском вагоно­ строительном заводе благодаря использованию гнутых профилей удалось снизить вес полувагона на 150 кг и получить 150 000 р. годовой экономии.

Главное достоинство гнутых профилей заключается в возмож­ ности выбрать профиль и рассчитать размеры его сечения с наи­ большим приближением к оптимальному, соответствующему наи­ меньшему весу конструкции.

Жесткость и прочность конструкций, как известно, зависят не от площади работающего сечения, а от правильного распределе­ ния материала относительно нейтральной зоны. Расчет, соответ­ ствующий подбор гнутых профилей и экспериментальная про­ верка прочности конструкции обеспечивают ее равнопрочность при малом весе и большой надежности, что дает значительный экономический эффект при эксплуатации машин.

114

Об эффективности замены горячекатаных профилей гнутыми можно судить по данным табл. 18, составленной по материалам различных машиностроительных и судостроительных заводов. Приводимые в ней данные об экономии металла и трудовых затрат при изготовлении некоторых машинных деталей и металлокон­ струкций очень показательны.

Для изготовления многих машин за рубежом широко исполь­ зуются гнутые и фасонные профили, коробчатые и трубчатые конструкции, тогда как в наших машинах пока еще значительное место занимают тяжелые отливки. Расчеты говорят о том, что снижение веса отечественных автомобилей, тракторов и сельско­ хозяйственных машин до уровня машин иностранных марок позволило бы ежегодно экономить до 1 млн. т проката.

Снижению веса машин способствует в ряде случаев и применние в конструкциях легких металлов, в частности замена чугуна алюминиевыми сплавами. Замена серого чугуна такими сплавами в автомобилестроении не только позволит уменьшить вес двига­ теля, но и снизить расходы по его изготовлению и ремонту вслед­ ствие применения более прогрессивных методов получения заго­ товок, обработки и сборки деталей. Однако в каждом отдельном случае принимаемое конструктором решение о выборе материала или типа заготовок обязательно должно быть проверено в отноше­ нии его экономической целесообразности.

Большие перспективы для снижения издержек производства при выборе материала для заготовок машинных деталей открывает применение металлокерамики (порошковой металлургии).

Важнейшим преимуществом порошковой металлургии перед любым другим способом получения металлических заготовок является возможность получения деталей необходимого химиче­ ского состава и требуемых физико-механических качеств, причем детали (часто очень сложных форм) выходят из-под пресса с точ­ ными чертежными размерами и чистотой поверхности высокого класса.

Заводские расчеты показывают, что только на предприятиях Украины годовой экономический эффект от внедрения металлоке­ рамики превышает 20 млн. руб.

Институт металлокерамики и спецсплавов АН УССР разра­ ботал рекомендации в отношении замены металлокерамикой конструкционных и антифрикционных деталей большой номен­ клатуры, на производство которых ежегодно расходуется 40 ООО т

Детали, прессованные из железоуглеродистых и железомедноуглеродистых порошков, с каждым годом все больше используются в разнообразных конструкциях машин, и заботой каждого кон-

структора является найти им надлежащее применение. По расче­ там Института проблем материаловедения АН УССР, на каждой тысяче тонн металлокерамических изделий можно сэкономить 1500—2000 т компактного металла, высвободить до 200 единиц металлорежущих станков и значительно сократить трудовые за­ траты. Экономический эффект достигает при этом 1 млн. руб.

На Кировоградском заводе «Красная звезда» чугунные высев­ ные диски кукурузных сеялок заменили металлокерамическимн; это дало 454 000 р. и 2400 т металла годовой экономии.

В ряде случаев переход на металлокерамику приводит к упро­ щению конструкции детали, что может быть обусловлено разными причинами. Например, металлокерамическне изделия (в част­ ности, втулки) пропитываются маслом и в процессе работы само­ смазываются, поэтому отпадает надобность в устройстве специаль­ ных смазочных канавок и отверстий, а в результате снижаются и затраты на обработку деталей (обычно в 2—3 раза).

Благодаря большой экономии в затратах на металл и заработ­ ной плате себестоимость многих металлокерамических изделий оказывается значительно ниже изготовленных из металла. Однако в себестоимости металлокерамических изделий большую долю

ным средством повышения экономической эффективности таких изделий.

Металлокерамика в ряде случаев оказывается единственным способом обеспечения требуемых от материала качеств, и поэтому во многих случаях она незаменима: например, при получении ферритов (широко применяемых в различных автоматических устройствах, в приборостроении), материалов для тормозных деталей тяжелонагруженных машин и др. Применение изделий из металлокерамики позволяет во много раз увеличить износо­ стойкость деталей. Например, стойкость бура повышается в 50 раз (при увеличенной вдвое скорости бурения), а стойкость фильеров— в 800 и 1000 раз по сравнению со стальными.

Широкое применение металлокерамики .как материала для машинных, деталей пока еще сдерживается относительно высокой стоимостью порошков' и пресс-форм, а это обязывает к пред­ варительным технико-экономическим расчетам для обоснова­ ния экономической целесообразности перехода на такой мате­ риал.

Внешний вид изделия и требования эргономики. Конструиро­ вание современных машин предъявляет к конструктору ряд эстетических и эргономических требований, связанных с прида­ нием изделию (машине) красивого внешнего вида и учетом антро­ пологических характеристик человека, который будет его (ее) эксплуатировать, — его рост, возможные положения, рабочей позы и др.

118

В настоящее время вопрос о внешней отделке машин поставлен на научную основу, тщательно изучены и проанализированы гар­ моничные пропорции, линии .внешних очертаний, рациональные тона окраски машин разного назначения и их отдельных частей.

Художественное конструирование стало неотъемлемой частью общего процесса проектирования машин. Ряд институтов, в част­ ности ВНИИ технической эстетики, Оргстанкинпром, ВНИИ новых строительных материалов и др., создали необходимые реко­ мендации и нормативы.

Первый из этих институтов (ВНИИТЭ) играет главенствующую роль в разработке и внедрении методов художественного конструи­ рования, проведении и координации научно-исследовательских работ в этой области и осуществлении методического руководства работами специальных художественнно-конструкторских бюро (СХКБ), созданных во многих крупных городах и промышленных центрах нашей страны.,

ВНИИТЭ имеет свое опытное производство и на Выставке - достижений народного хозяйства СССР специальный демонстра­ ционный зал, где систематически организуется показ лучших образцов художественного конструирования изделий разных отрас­ лей промышленности и, в частности, машиностроения, проводится пропаганда передового отечественного и зарубежного опыта в этой области.

В проектно-конструкторских организациях и на крупных заводах созданы специальные группы художников-конструкто­ ров, активно участвующих в процессе проектирования, помогаю­ щих найти наиболее рациональную компоновку машины, ее архитектурное и цветовое оформление, для чего они широко пользуются моделями и макетами, экспериментируют и творчески ищут наилучшие решения.

Большую работу ведет и Оргстанкинпром,. разработавший альбом-проект цветовой окраски технологического и вспомога­ тельного оборудования. Ниже приведены наиболее оптимальные цвета, в которые рекомендуется окрашивать оборудование.

119