CC BY
21ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
твердого сплава ВК2. Стойкостэ резцов оказалась недостаточной (1-2 детали). Кроме того, на поверхности детали иногда возникали трещины и отслоения, что объясняется сравнительно большим съемом материала и невысокой жесткостью детали в зоне резания. Поэтому авторами [1] предложено вести обработку стекловолокнита сдвоенными резцами с пластинками из АСПБ. При такой схеме жесткость детали в зоне резания значительно увеличивается, что положительно сказывается на размерной точности детали. Несмотря на сравнительно высокую стоимость резцов из АСПБ, большая размерная стойкость вполне оправдывает их применение. При этом за счет обработки в один проход производительность труда повышается в 1,5-2 раза. Но в данной работе также нет рекомендаций по выбору режимов резания стекловолокнита.
Большие трудности при механической обработке вызывают пластические материалы типа стеклотекстолита. Как и при обработке стеклопластиков происходит интенсивный износ режущих инструментов, потеря точности размеров детали, ухудшение чистоты обработанной поверхности. В работе [2] приведены данные для определения оптимальной марки инструментального материала, геометрических параметров резцов и режимов резания при наружном точении неметаллических материалов на основе стеклотекстолита. В результате исследований выявлено, что наиболее износостойким из твердых сплавов при точении стеклотекстолита является сплав ВК2. Оптимальные геометрические параметры резцов определены для точения стеклотекстолита СТ и для стеклотекстолита ФН. Выведены зависимости между основными технолэгическими параметрами для расчета скорости резания при точении этих материалов. Но исследованиями оста-
лись не охвачены алмазные инструменты, не проводились исследования по изучению износа режущего инструмента, а рекомендации по геометрическим параметрам инструмента существуют только для отдельных марок стеклотекстолита.
Таким образом, проблема повышенного износа режущего инструмента существует для многих видов пластмасс на основе стекловолокна. Для отдельных видов пластмасс существуют рекомендации по выбору геометрических параметров инструмента и режимов резания, но все они носят лишь частный характер, нет обобщенных данных и по выбору марки режущего инструмента. Существующие математические модели для расчета скорости резания, стойкости инструмента и шероховатости обработанной поверхности также применимы лишь для отдельных марок пластмасс. Практически не изученным остае-ся вопрос обработки стеклопластика. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования для выявления и обобщения рекомендаций по выбору инструментального материала и режимов резания. Необходимы работы по созданию математических моделей формооЬразования деталей из пластмасс при их механической обработке.
Литература
1. Алексеева Э.М., Дмитриев В.А., Токарев A.A. Обработка тонкостенных деталей из стекловолокнита - Станки и инструмент №7, 1971 г.
2. Руднев A.B., Штучный Б.П. Оптимальная конструкция инструмента и режимы точения неметаллических материалов типа стеклотекстолита - Станки и инструмент №11, 1963 г.
3. Степанов A.A., Карпов В.П., Кислов К.Г. Исследование точения органопластика - Станки и инструмент №4, 1981г.
Новые ресурсосберегающие технологии литья точных заготовок изделий машиностроения
/О. А. КАРАНИК, руководитель секции, канд. техн. наук,
НО НТОМ, г. Новосибирск
Ресурсосбережение является насущной проблемой машиностроения. При этом без поднятия технологического уровня его основной базы - литейного производства невозможно возродить производства машин и механизмов на современном мировом уровне.
От общего объема производства в России заготовок около 45% приходится на черное литье, 35% - на заготовки из проката, поковок и горячих штамповок, остальное - на холодно-штампованные детали и сварные конструкции, а коэффициент использования металла (КИМ) литых заготовок составляет 0,4+0,42, из проката - 0,35-0,38, из поковок - 0,24+0,35 [1].
Из приведенных цифр ясно, что литье является наиболее предпочтительным способом получения точных заготовок, особенно сложной конфигурации.
Однако большое количество деталей в машиностроении изготавливают из проката, поковок и горячештампованных заготовок из-за того, что литой металл при гравитационной заливке в форму и кристаллизации в ней под атмосферным давлением, имеющей более низкие механические свойства по сравнению с кованым и прокатом, а также дефекты в виде микропор и раковин не обеспечивает в отдельных случаях эксплуатационные требования изделий.
Для ресурсосбережения в заготовительном производстве машиностроения необходимо:
1. Повышать КИМ литых згготовок путем замены технологии изготовления их в менее точных формах на более точ-
ные - по газифицируемым и выплавляемым моделям (ГМ и ВМ), полученные вакуум-пленочной формовкой (ВПФ), в сухих стопочных формах, а также заменой ВМ и ГМ, особенно в автомобилестроении.
2. Повышать механические свойства литого металла до уровня поковок и проката, с одновременным уменьшением за счет этого на 20-30% толщины стенок литых деталей и снижения их веса.
3. Заменять заготовки из проката, поковок и штамповок на литье с сохранением механических свойств металла и толщин стенок готовых деталей, т. к. такой перевод, например на литье по выплавляемым моделям (данные НИИМТ, г. Ижевск) позволяет получить на 1 т отливок экономию 1,7 т проката, снижение на 1070 нормо-часов по механической обработке, сэкономить 25 тыс. руб. (Экономический эффект будет существенно выше при использовании газифицируемых пенополистироловых моделей).
Расчет показывает, что частичная реализация только третьего пункта даже на 50% дает годовую экономию около 70 млрд. руб.
При этом отпадает необходимость восстановления парка кузнечно-прессового оборудования, который с 1996 г. сократился на 70%, и упрощается вопрос возрождения станкостроения из-за сокращения объема работ по мехобработке.
В ранее опубликованных материалах показана возможность получения отливок, в том числе тонкостенных (1 мм и
№ 2 (23)2004 ^К 21
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
менее), в неметаллических формах со свойствами литого металла, например, стали на уровне поковок и проката, чего удалось достичь использованием нового способа литья выжиманием под давлением (ЛВКД), созданного в возглавляемой автором лаборатории физико-технических проблем стального литья Института прикладной физики (кПФ, г. Новосибирск) в 80-90 годах прошлого столетия [2,3] и характеризующегося:
- применением облицованной кварцевым песком камеры Еыжимания. расположенной соосно под литейной формой;
- применением облицованной промежуточной плиты с литниковым ходом, установленной в головной части камеры;
- выжиманием расплава в интервале кристаллизации из камеры в форму через литниковый ход промежуточной плиты;
- кристаллизацией расплава в форме под давлением.
Разработанные технические решения по литейной оснастке (облицованной камере и промежуточной плитэ) обеспечили надежность и пригодность способа ЛВКД в условиях серийного производства, а используемые приемы способа -получение механических свойств металла отливок, в т.ч. в неметаллических формах, на уровне поковок и проката [3].
Для расширения области применения ЛВКД, с учетом положительных результатов экспериментов проведенных в ИПФ в 1980-87 годах при использовании форм по выплавляемым моделям, по газифицируемым пенополистероловым моделям и сухих стопочных форм, были проведены исследования и разработаны технологии серийного производства деталей ответственного назначения «Крышка» и «Дно переднее», изготавливаемых из проката. [4]
При изготовлении деталей «Крышка» из проката стали 45, 50 механической обработкой выполнялось более 40 технологических операций и переходов при общей трудоемкости 2,6 нормочасов и КИМ - 0,38.
Способ ЛВКД обеспечивает механические свойства литого металла на уровне проката [3], а для получения отливки с точными размерами и минимальной механической обработкой использованы керамические формы, полученные по выплавляемым моделям.
Выплавляемые модели и керамические формы изготавливали по договору по серийной технологии в производственных условиях цеха точного литья Новосибирского авиационного завода, что позволило проверить пригодность серийной технологии изготовления форм для получения отливок методом ЛВКД, а обработку технологии литья и изготовления опытной партии на установке ЛВД-2 в производственных условиях ИПФ.
Исходя из требований чертежа детали по допускам размеров и чистоте поверхности была спроектирована отливка с минимальной механической обработкой, вес отливки - 3,1 кг, вес готовой детали - 2,66 кг, КИМ - 0,86 вместо 0,38 при изготовлении из проката.
Выплавляемые модели собирали в блок по 4 иг. на 1 стояк, изготавливали керамическую форму по известной технологии, устанавливали ее в контейнер литейной установки ЛВД-2 при температуре не выше 300°С заливочной воронкой вниз, производили выжимание стали в форму в интервале коисталлизации и выдерживали после заполнения формы под давлением 4,5+5 атм. До полного затвердевания отливок. Затвердевшие отливки извлекали из контейнера и процесс повторяли.
Отливки отрезали от куста, производили очистку, контроль размеров и чистоты поверхности. Готовые отливки соответствовали требованиям чертежа по контролируемым параметрам, что говорит о полной пригодности серийной технологии изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для литья способом ЛВКД.
Опытная партия отливок в количестве 20 шт., изготовленная способом ЛВКД, была испытана на герметичность дав-
лением сжатого воздуха 5 атм. и на прочность гидравлическим давлением 230 кг/см2.
По результатам испытаний все отливки признаны годными, а созданный технологический процесс литья сложных пс геометрии стальных «Крышек» способом ЛВКД в формах пс выплавляемым моделям рекомендован для серийного производства.
Замена заготовки детали «Крышка» из проката на литье позволила снизить в 2,9 раза трудоемкость ее механической обработки, r 2,7 разя повысить КИМ, r 1,44 раза снизить себестоимость изготовления детали.
Аналогичная технология литья точных заготовок с использованием способа ЛВКД в оболочковых керамических формах была гозднее разработана Черновым Н. М. для изготовления деталей авиатранспорта. [5]
При изготовлении деталей «Дно переднее» из горяче-штампованной заготовки стали 40Х механической обработкой выполнялось более 30 технологических операций и переходов при общей трудоемкости 0,8 нормочасов, КИМ 0,3, при весе детали 1.7 кг.
Учитывая несложную геометрию детали, было принято решение использовать при замене проката на литье способом ЛВКД сухие стопочные формы.
В качестве материала форм использовали жидкостеколь-ную смесь с добавкой 20% пылевидного кварца. Стопочную форму помещали в контейнер литейной установки ЛВД-2.
В камеру выжимания, расположенную под литейной формой, заливали сталь, выплавленную в индукционной печи, и после падения температуры расплава до начала кристаллизации выжимали жидкотвердый расплав в рабочую полость литейной формы. Затвердевание расплава в форме вели под давлением 4,5-^-5 атм.
После затвердевания металла форму с кустом отливок извлекали из контейнера и отделяли отливки от литниковой системы.
Опытнуо партию отливок в количестве 30 шт. подвергали пескоструйной обработке, испытанию на герметичность давлением сжатого воздуха 5 атм. и на прочность - гидравлическим давлением 270 кг/см2. Механические свойства металла отливок испытывали на стандартных образцах.
После испытаний установлено, что литые детали соответствуют требованиям чертежа, не уступают прокату по механическим свойствам металла, а технологический процесс литья деталей способом ЛВКД в сухих стопочных формах рекомендован для использования в серийном производстве заготовок «Дно переднее».
Замена горячештампованных заготовок из проката на литье способом ЛВКД позволила в 1,3 раза снизить трудоемкость механической обработки, в 1,7 раза снизить себестоимость деталей, в 2,7 раза повысить КИМ (до 0,8 вместо 0,3).
На основании договора о научно-техническом сотрудничестве между ИПФ и ИПЛ АН УССР новый способ ЛВКД был использован О. И. Шинским для разработки технологии литья точных заготовок по газифицируемым пенополистироло-вым моделям [6].
Опытно-промышленные проверки разработанных технологий для изготовления точных отливок арматуростроения, буровой техники, двигателей автомобилей, сельхозмашин и нефтехимического производства из серого и высокопрочного чугуна, углеродистой и легированной стали, бронзы и латуни показали возможность получения отливок с КИМ до 0,95, выходом годного до 0,85 при потребительских свойствах материала отлизок не уступающим поковкам и штамповкам [6].
Способом ЛВКД были получены корпусные отливки из алюминиевого сплава АЛ9 [7].
Выход годного составил 90%, КИМ заготовок - 0,95. механические свойства металла отливок определялись на стандартных обоазцах, вырезанных из стенок литых деталей (таб-
22
№ 2 (23) 2004
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
лица). Анализ полученных результатов показывает, что материал отливок, изготовленный способом ЛВКД, имеет в 1,5 раза более высокий предел прочности и в 2 раза более высокий предел текучести по сравнению с требованиями ГОСТ.
Использование для литья способом ЛВКД сплава АЛ 19
позволит получать отливки с пределом прочности материала порядка 50 кгс/мм, а использование нелитейных сплавов типа АК6, АК8, В95, В96 и др. - расширить номенклатуру и возможности литейного производства при снижении требований к исходным шихтовым материалам.
В 2003 г. на Опытном заводе цветного литья (ОАО «ОЗЦЛ» г. Новосибирск) под научно-техническим руководства автора была создана и освоена технология изготовления способом ЛВКД особо ответственных изделий, работающих в условиях высоких температур и давлений, - медных наконечников кислородно-конверторных фурм с КИМ 0,95.
Прсизводственные испытания опытных наконечников в условиях ОАО «ЗСМК» показали, что стойкость цельнолитых наконечников, полученных способом ЛВКД по оптимальным режимам, в несколько раз превышает стойкость используемых в производстве сварных наконечников, изготавливаемых из медного проката, КИМ которых в 2 раза меньше литого варианта при более высокой стоимости.
Таким образом, на основе нового способа ЛВКД созданы технологии литья точных заготовок с КИМ 0,870,95 из черных и цветных металлов и сплавов деталей ответственного назначения с повышенными гарантированными свойствами литого металла [3] с использованием постоянных форм, форм по газифицируемым и выплавляемым моделям, сухих стопочных форм.
Анализ уровня используемых в заготовительном производстве машиностроения серийных технологий и новых технологий получения точных заготовок способом ЛВКД показывает, что создание в России способа ЛВКД можно квалифицировать как крупное научно-техническое достижение получения отливок из охлажденных расплавов металла под низким давлением, не имеющего аналогов в мире, открывающего новое направление в развитии управляемых процессов литья точных тонкостенных заготовок деталей машиностроения, в т.ч. сложной конфигурации, с механическими свойствами металла на уровне поковок и проката.
Литература
1. Шуляк В. С. О развитии литейного производства - осноеной заготовительной базы машиностроения //Литейщик России.-2003г. - №7. - стр.5-8.
2. A.c. 539683 (СССР). Устройство для получения отливок//Авт. изобрет. Караник Ю. А. - Заявл. 12.02.74 г. №1998326/ 02; М.КЛ.1322Д 27/17. - открытия, изобрет. 1976 №47.
3. Караник Ю. А. Применение литья выжиманием с кристаллизацией под давлением для снижения метало- и энергопотребления при производстве отливок //Литейщик России -2003 - №8 - с. 25-28.
4. Исследование и разработка технологии получения сложных точных стяпкных отливок деталей двигателей изделия типа «Тулумбас», «Динар» способом ЛВКД: Отчет о НИР. Институт прикладной физики. Научный руководитель Караник Ю. А. - № ГР Ф377736; инв.№68. - Новосибирск, 1990. - 321 с.
5. Чернов Н. М. Формирование стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением: диссертация в форме научного доклада на соиск. учен. степ, канд. техн. наук. - Красноярск, 1993 г. -23 с.
6. Шинский О. И. Механизм формирования качества отливок. полученных по газифицируемым моделям. //Литейное производство. - 1991. - №1. - с.4-7.
7. Караник Ю. А. Получение отливок выжиманием с кристаллизацией под давлением. //Прогрессивные технологические процессы пслучения литых заготовок на предприятиях отрасли. Сборник тезисов докладов конференции в г. Донецке, 16-18 авг. 1978 г. - М., ЦНИИНТИ, 1978. с.33-35.
Таблица
Образец Марка сплава Вид термо -обработки Мех аническ ие свой ства
МПа МПа 6,%
1 2 3 По ГОСТ 2685-75 AJ19 AJI9 АЛ9 АЛ9 Т5 Т5 Т5 Т5 30.6 30.7 30,2 19 23,7 24,6 24,3 5Д 5,9 5,2 2 9,6 15,8 8,8
Анализ методов обработки сварных швов
А. Н. КОРОТКОВ, профессор, доктор техн. наук, КузГТУ, Д. М. ДУБИНКИН, инженер-технолог ООО «Кемеровохиммаш»,
г. Кемерово
Сварка является одним из распространенных видов соединения отдельных частей деталей. К образующимся в процессе сварки сварному шву предъявляются ряд требований. Число и содержание этих требований предопределяется условиями последующей работы детали, узла или механизма с наличием сварных швов. Наряду с обычными требованиями по внешнему оформлению (отсутствия окалины, геометрическая правильность, непрерывность) и шероховатости сварного шва к нему могут предъявляться специальные требования по герметичности, прочности и сопротивлению усталости. Последнее особенно характерно для химического машиностроения, где изготавливаются котлы, сосуды для проведения химических реакций, цистерны и другие изделия, к которым предъявляются высокие требования.
Подобная номенклатура изделий изготавливается, в частности, на заводе ООО «Кемеровохиммаш» и соединение деталей сваркой является здесь самой распространенной операцией. В качестве последующей обработки сварных швов на данном заводе используют операцию шлифования, как наиболее производительную и основном обеспечивающую заданные тоебования.
Но известны и другие методы обработки сварных швов [2, 4, 5, 6]. В их числе - поверхностный наклеп, высокий отпуск, статическая перегрузка конструкций точечный и местный нагрев, точечное и линейное пластическое обжатие, импульсная обработка. Представляется полезным знать в какой мере различные методы, могут соответствовать постав-
(Продолжение на 26 стр.)
№2(23)2004 23
