книги из ГПНТБ / Повышение точности поковок С. И. Ключников. 1960- 23 Мб

пусками точность формы поковок в известной мере характеризует­

ся также макрогеометрическими отклонениями, свойственными многим поковкам, как, например, эллиптичностью, нарушением со­ осности, искривлением, вогнутостью, кривизной, выпуклостью,

овальностью и т. д. Таким образом, точность поковки в целом мо­ жет быть представлена по схеме, показанной на фиг. 15, где мик­ рогеометрия поверхности условно (по соображениям, высказанным выше) также входит в состав элементов точности.

Поскольку повышение точности поковки связано с уменьшени­ ем или полным устранением припуска, постольку представляется необходимым рассмотреть вопрос о качестве поверхности поковки.

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОКОВОК [10]

Под качеством поверхности поковок понимается чистота поверх­

ности и физико-химическое состояние поверхностного слоя поковки.

микрогребешков. Исследованиями установлено, что между число­ вой характеристикой поверхности и механическими свойствами де­ тали существует тесная связь. От чистоты поверхности зависит не только износоустойчивость и прочность соединений, но и усталост­ ная циклическая прочность при переменных нагрузках, как это под­

Это объясняется тем, что на грубо обработанных поверхностях микронеровности являются очагами концентрации напряжений, по­ нижающих усталостную прочность, могущих привести к образова­

нию трещин и надрывов. Очевидно, что вопрос о чистоте поверхнос­ ти приобретает существенное значение и для поковок, имеющих

как трущиеся, так и черные (необрабатываемые) поверхности. Из­ вестны случаи, когда детали, имеющие черные штампованные по­ верхности (например, нерабочие шейки коленчатых валов, тавро­ вые полки шатунов двигателей), сравнительно быстро выходили из

строя. Когда же принимались меры к надлежащей отделке поверх­ ности этих деталей, поломок не происходило. Процесс в области обработки давлением, обеспечивающий получение поковок с мини­ мальными допусками, при достижении требуемой чистоты поверх­ ности открывает возможности к устранению механической обработ­ ки контактных поверхностей. Таким образом, проблема чистоты по­ верхности является актуальной не только для механических, но и кузнечных цехов. Если стандартом в отношении механической об­ работки оговаривается только чистота поверхности, то в силу спе­

50

Хотя микронеровности и перекрываются допусками на поковки, тем не менее в технологии получения точных поковок без последую­ щей механической обработки в некоторых случаях они должны учи­ тываться. Для этой цели можно пользоваться следующими данны­ ми средней величины микронеровностей применительно к штампо­ ванным на молотах поковкам:

Применение современных способов точной обработки давлени­ ем в сочетании с финишной доводкой позволяет получать чистоту поверхности поковок, эквивалентную шлифованной и даже полиро­

ванной поверхности.

На фиг. 17 приведена профилограмма поверхности изделий, об­ работанных различными способами [6]; чистота поверхности поко­ вок, полученных холодным выдавливанием (см. фиг. 17,в), пре­ вышает чистоту поверхности, полученную после шлифования, и незначительно уступает чистоте, полученной после полировки пас­ той. Чистота поверхности поковок в результате холодной объемной штамповки квалифицируется по 5—6-му классам (а иногда и вы­ ше), что соответствует микронеровностям порядка 6,3—1,6 мк.

В результате ротационного редуцирования поковок (например,

типа шпинделя веретена) удается получить поверхность, не усту­ пающую по чистоте полированной.

Факт выглаживания микронеровностей в процессе обработки давлением инструментом может быть подтвержден следующими экспериментальными данными проф. А. П. Соколовского. Несколь­ ко геометрически одинаковых образцов, имевших различную мик­ рошероховатость, подвергались одинаковому обжатию 85 кГ/мм2-, в результате, при чистоте поверхности 30; 88; 100 и 166 мк смятие микрошероховатостей составило соответственно 3; 16; 25; 42 мк,

т. е от 10 до 40%. Следовательно, во время обработки давлением,

когда удельное давление (например, при чеканке) достигает не­ скольких тысяч кГ/см2, практически происходит полное смятие ше­ роховатости —■ выглаживание, и поверхность может быть получе­ на столь же гладкой, как и шлифованная.

Следует отметить, что недостаточно блестящий вид точно обжа­

тых поковок не является критерием для снижения квалитета чис­ тоты их поверхности, так как степень блеска зависит от свойства поверхности преломлять и отражать падающий на них свет. По-

52

бёрХнОсТь может оказаться блестящей и вместе с тем иметь более

низкий класс чистоты по сравнению с поверхностью матовой. Следует различать требования к чистоте поверхности в следую­

щих возможных случаях:

1. При подаче поковок на сборку без механической обработки

(в местах не сопрягающихся поверхностей). Примером могут слу­ жить: автомобильные поковки передней оси, поперечины, шатуны, рычаги переключения; вагонные поковки буферного стержня, уп­ ряжного крюка, серьги стяжки и др., имеющие значительные чер­

ные поверхности.

1мм

Фиг. 17. Профилограмма поверхностей изделий, об­ работанных различными способами:

а—чистовая обточка (средняя величина неровностей по­ верхности 10 — 15 дне); б — чистовая шлифовка (1 — 10 мк); в — холодное выдавливание (0,3 — 0,5 мк)\ г —полировка пастой (0,1 —0,3 мк).

2.Если поковки перед сборкой проходят чистовую обработку,

минуя обдирку, как, например, торцовых плоскостей зубчатки гру­ зовой машины ГАЗ-67, торцовых плоскостей ступицы ведущей шес­ терни воздушного насоса машины ЗИС-150 и др.

3.Если поковки поступают на сборку с устранением механи­ ческой обработки, как, например, у вагонных деталей расцепного

рычага автосцепки, валика расцепного рычага, помочи ручного тормоза, поручней сцепщика, валика крышки и др.; у автомобиль­ ных поковок — торцовые плоскости блока зубчатки, лапки вилки переключения и др.

Штампованные поковки, поступающие на сборку черными, при отсутствии сопрягающихся поверхностей имеют чистоту, ограничи­

53

ваемую возможностями кузнечных цехов в отношении способов нагрева, последующей очистки и состояния рабочих поверхностей давящего инструмента. Наибольший интерес представляют поверх­ ности обработанных давлением поковок в случае замены ими фре­ зерованных или чистообточенных поверхностей. Поверхность по­ ковок, прошедших финишную доводку размеров, по сравнению с фрезерованной или обточенной более гладкая и не имеет следов об­ работки.

Это объясняется тем, что при изготовлении поковок отсутству­ ют условия, сопутствующие образованию микронеровностей при

механической обработке (паразитические колебания, явления мест­ ных упругих деформаций, пластические явления захватывания и отрыва слоев и пр.).

Решающим условием получения надлежащей чистоты поверхнос­ ти поковок является окончательная их обработка — при темпера­ турах ниже окалинообразования, в штампах с полированными рабо­ чими элементами и штампами высокой стойкости. При этом должны

учитываться дополнительные условия, значение которых возрастает или уменьшается в зависимости от способа обработки давлением.

Так, например, при калибровке штампованных или литых загото­

вок следует учитывать величину припуска под калибровку, так как с увеличением припуска чистота поверхности калиброванных заго­ товок улучшается, а точность размеров уменьшается. Экономически

оправданный припуск под калибровку практикой установлен

Пк =0,5 мм.

В отличие от обработки резанием, при обработке давлением

чистота поверхности поковки в значительной степени определяется условиями равномерного течения металла в граничном слое. Рав­ номерное течение (по всем направлениям) поверхностных частиц металла находится в прямой зависимости от микрогеометрии по­ верхностей обжимающих участков инструмента. Поэтому, например, калибрующие плиты рекомендуется полировать крокусом. Высокие требования к чистоте поверхности чистовых ручьев штампов, плит и другого давящего инструмента вытекает из условия

Нск поковки < Нск штампов (инструмента).

На фиг. 18 графически показаны условия снятия чистовой ме­ ханической обработки с поковок диаметром от 10 до 50 мм. Так, например, для снятия обработки с поковки диаметром 50 мм, дли­ ной 350 мм необходимо, чтобы в результате обработки давлением поковка имела размеры с ковочной точностью < 0,18 мм и микро­ геометрию поверхности Н < 45 мк.

Физико-химическое состояние поверхностного слоя. ГОСТ

2789-51 не оговаривает глубину поверхностного дефектного слоя обработанной поверхности. Однако в технологии изготовления по­ ковок повышенной точности этот вопрос должен быть рассмотрен, так как дефектный слой по толщине превалирует над микрогре­ бешками и микровпадинами и представляет основное затруднение

54

при улучшении качества поверхности. Получение минимального де­ фектного слоя на поверхности поковок в основном зависит от ка­ чества поверхности исходной заготовки и специального режима на­ грева ее в процессе кузнечной обработки. Под качеством поверх­ ности исходной заготовки следует понимать степень ее обезуглеро-

женности, окисленности, наличие волосовин, вмятин, вырубок, рисок и др. дефектов. Характер и количество поверхностных дефектов в исходной заготовке зависит от качества подготовки изложниц, раз­ ливки на металлургическом заводе и условий! прокатки. Основны-

Раэмеры допускал и чистоты поверхности

ми дефектами поверхности исходной заготовки являются во­ лосовины и обезуглероживание. Волосовины появляются в результате вытягивания при прокатке неметаллических вклю­

ния (например, сернистого марганца) вытягиваются в сплошные нити, а непластичные (включения глинозема) создают прерывис­ тость волосовых трещин. Визуальное обнаружение волосовых тре­

щин на поверхности прокатного металла не всегда удается, поэто­ му на некоторых заводах для выявления волосовин поступившая в цех партия металла проходит травление с целью отбраковки де­ фектных прутков. Нередко уже отштампованная поковка перед

окончательной контрольной операцией, проходя очистку окалины в травильной ванне, показывает глубокие поверхностные волосовые трещины. В некоторых случаях волосовины бывают неглубокими и при нагреве под штамповку они отходят вместе со слоем окали­ ны, образовавшимся на поверхности. В процессе штамповки, осо­ бенно на горизонтальноковочных машинах, волосовины раскры­

ваются, обнаруживая явный брак поковки. Во многих случаях об­

55

наруженные после травления волосовины при неглубоком их зале­

гании удается вырубить пневматическим зубилом.

Следующим дефектом исходной заготовки является обезугле­ роживание поверхности. Обезуглероженный слой на поверхности поковок состоит из обезуглероженной части, образовавшейся при нагреве под штамповку, и из обезуглероженного слоя, полученного в процессе прокатки. Обезуглероживание характеризуется выгора­ нием углерода в поверхностном слое с сохранением преимущест­

венно ферритной структуры металла. В поковках, изготовляемых с припусками на механическую обработку, обезуглероженный слой не может превышать величины припуска, так как после термиче­ ской обработки деталь будет мягкой или получит пятнистую твер­ дость. Тем более недопустимо обезуглероживание в поковках по­ вышенной точности, поступающих на сборку или шлифовку непо­ средственно.

Исходя из вышеизложенного, можно формулировать следую­ щие основные условия для получения поковок высокой точности:

1) технологичность конструкций поковок, позволяющая изготов­

лять их без напусков или с минимальными напусками;

2)оптимальное качество исходного прокатного металла и точ­ ность нарезанных заготовок;

3)высококачественный нагрев заготовок под обработку давле­

нием;

4)оптимальная конструкция давящего инструмента, высокая точность размеров и высокая чистота поверхности его рабочих элементов;

5)способ изготовления поковки, обеспечивающий необходимую точность размеров и формы поковки;

6)стабильность технологического процесса (в том числе тепло­

вого режима) изготовления поковок;

7)конструкция и жесткость основной кузнечной машины;

8)применение технологии финишных (доводочных) и очистных операций.

Целесообразность перехода от обычных к точным способам из­ готовления поковок во всех случаях проверяется экономическими расчетами.

Рассмотрим методику определения технико-экономической эф­ фективности точных способов обработки поковок давлением.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ поковок

Применение более совершенного способа кузнечной обработки

обычно сопровождается увеличением стоимости инструмента, а иногда и применяемого оборудования. Значительные затраты, ко­ торые необходимы для изготовления штампов, и новые капиталь­ ные вложения, связанные с приобретением оборудования, оправ­

дываются при изготовлении больших партий поковок. Для выясне­ ния целесообразности перехода на более точные способы изготов­

56

ления поковок в каждом случае должны учитываться затраты

комплексно по кузнечному и механическому цехам. Нередко допол­

нительные затраты в кузнечном цехе с лихвой восполняются эконо­

Элементы себестоимости в зависимости от влияния на них объ­ ема производства делятся на две группы: первая — расходы, го-

Фиг. 19. Изменение себестоимости партии поковок в зависимости от количе­ ства их в партии при разных способах (5, S', S", S'") их изготовления.

довой объем которых прямо пропорционален количеству выпуска­ емых поковок; вторая — расходы, годовой объем которых почти не зависит от программы выпуска. Величина расходов на годовую

программу поковок определится по формуле

S = АХ + 5,

где А —расходы цервой группы на одну поковку;

X — количество поковок в годовой программе;

В — расходы второй группы в год.

Указанное выражение графически может быть представлено в виде прямой линии, где тангенс угла наклона прямой Р (фиг. 19) пропорционален величине расходов А.

Штучная себестоимость выражается формулой С=А+—.

Указанная формула графически может быть представлена ги­ перболой, асимптотически приближающейся при увеличении выпус­ ка к значению А. Левые нисходящие ветви кривых (фиг. 20) соот­

ветствуют мелкосерийному производству, когда даже небольшое изменение партии X резко влияет на штучную себестоимость С.

57

Кривые, изображенные на фиг. 19, показывают, что чем грубее способ изготовления поковок, тем в большей степени с увеличени­ ем размера партии происходит нарастание общей стоимости партии поковок. С переходом на более точные способы обработки давле­ нием, с увеличением размера партии общая себестоимость ее уве­ личивается в меньшей степени. В результате кривые себестоимос­ ти по двум сравниваемым способам обработки давлением должны

иметь (за исключением некоторых случаев) точку пересечения

(точки а, а' и а"), показывающую на абсциссе величину критиче­ ской партии Xкр, меньше которой выгоден первый (менее совер-

Фиг. 20. Изменение штучной себестоимости поковок в зависимости от размера их в партии при разных способах (С, С, С", С") их изготовления.

шенный) процесс, больше которой — экономически оправдывается применение второго (более совершенного) процесса. Точки а, а' и а", соответствующие критическим партиям, точно повторяются и на фиг. 20 на пересечении кривых изменения штучной себестоимости. Величину критической партии можно определить также аналити­ чески из уравнения S=S';

АХкр + В = А'ХК + В’

Y ,В’-В

откуда Хкр>-——

/1-----/1

В приведенных формулах затраты учитываются лишь по одно­ му кузнечному цеху. При исчислении по кузнечному и механиче­

скому цехам формулы примут несколько иной вид:

S = Ак -ф Ам + Вк + Вм (по старому процессу);

58

и очевидно, выбор нового процесса может быть произведен при условии, если S'<CS.

Следует указать, что в текущие (первая группа) и постоянные

(вторая группа) расходы при указанном методе расчетов необхо­ димо включать только такие элементы этих расходов, которые при новом процессе меняются против старого процесса.

При переходе на изготовление более точных поковок типичным

является изменение затрат по следующим элементам.

По текущим расходам Ак в кузнечном цехе на одну поковку происходит изменение себестоимости:

а) металла, за вычетом стоимости отходов (по прейскурантным ценам);

б) производственной зарплаты, с учетом дополнительных рас­ ходов в объеме ~ 15% (дополнительная зарплата, отпуска, посо­ бия по соцстраху);

в) технологического топлива, рассчитываемого по среднему (для данной печи) расходу на 1 т поковок с пересчетом на разни­ цу в весе поковки по старому и новому процессам;

г) электроэнергии, рассчитываемой по формуле

С, = aNdetK,

где а — цена 1 квт-ч электроэнергии (для данного завода, дан­ ного района);

N дв — мощность электродвигателя в кет;

t — время изготовления одной поковки в мин.;

К— коэффициент использования кузнечной машины по

мощности;

Аналогичным образом рассчитываются текущие расходы АЛпо обработке данной поковки в механическом цехе.

По постоянным расходам Вк в кузнечном цехе определяются

затраты со стоимостью:

а) штампов, определяемой на одну поковку по формуле

—

с

59