Малоотходные технологии изготовления деталей вращения

18 Сентября 2012

Данная статья дискуссионного характера подготовлена мною под впечатлением содержания статьи главного инженера ООО «ДОК» А. В. Ахметгорова «Универсальная мини-металлургия» - I («МП», №7, стр. 12-14).
Вот уже более двадцати лет мне, специалисту в области обработ­ки металлов резанием (а не литьем или давлением) тщетно при­ходится доказывать неоспоримость преимуществ изготовления широко используемых в токарных автоматах и других станках зажимных и подающих цанг с минимальным расходом металла, электроэнергии и оборудования, используя получение заготовок методами литья и давления в сочетании с резанием и абразивной обработкой на финишных операциях. Это относится и к другим массовым деталям из конструкционных и легированных сталей типа «шаровой палец» передней подвески автомобилей. Может быть, изложенная ниже информация привлечет внимание не только специалистов, занимающихся разработкой и изготовлением технологической оснастки, специального оборудования для металлургического мини-завода, но и тех, кто нуждается в приобретении деталей высокого качества (цанг, пальцев и т. п.) для эксплуатируемых у них станков, автомобилей и запасных частей к ним, и кто мог бы профинансировать разработку и изго­товление специального оборудования для универсальной мини-металлургии. Учитывая потребность в миллионах единиц данной продукции различных конструктивных исполнений и типоразме­ров при обеспечении цангами и подобными деталями не только отечественных, но и зарубежных потребителей, это дало бы ог­ромный экономический эффект.

Предлагаемые разработки

Зажимные и подающие цанги полу­чили широкое распространение не только для зажима и подачи прутково-трубных заготовок, но и для закрепле­ния и захвата штучных заготовок и ре­жущих инструментов с цилиндрическим хвостовиком.

Широко распространенный способ из­готовления зажимных цанг (рис. 1а) из штампованной двухступенчатой заготов­ки (в лучшем случае) или из круглой за­готовки (в худшем случае) обеспечивает коэффициент использования металла не более 20...25% и требует для изготовле­ния большого количества металлорежу­щих станков (до 12 и более). При этом традиционная схема окончательной об­работки зажимных цанг на многих пред­приятиях заключается в том, что до пер­вой термообработки Т1 во избежание сильной поводки тонкостенных лепестков при фрезеровании пазов оставляются пе­ремычки в районе губок, а после первой термообработки Т1 до разрезки лепест­ков выполняются шлифовальные опера­ции снаружи и изнутри для обеспечения требуемых геометрических параметров рабочей части (губок), упругой части (ле­пестков) и хвостовой части (направляю­щего пояска). Затем перемычки разреза­ются, в отверстие цанги вводится конус­ная пробка и при повторном нагреве термофиксируется состояние разведенных лепестков (операция Т2).

Если на этом заканчивается процесс обработки, то нарушаются полученные по ТУ геометрические параметры и затрудня­ется их проверка. Такие цанги не дают вы­сокой радиальной точности, проверяемой по биению шлифованных оправок на оп­ределенном вылете.
Для повышения точности изготовления на ряде предприятий после термофикса­ции разведенных лепестков выполняются дополнительные шлифовальные операции снаружи и изнутри (операции МЗ), что по­вышает трудоемкость изготовления цанг.

Применение штампованных заготовок (рис. 1б) и способа изготовления неразводимых зажимных цанг (а. с. СССР №686828) позволяет устранить вторичную термообра­ботку (Т2), которая применяется после раз­водки и термофиксации разведенных лепе­стков по традиционной технологии. Такой способ снижает трудоемкость изготовления до 20...30%, количество станков до 9, по­вышает качество и долговечность цанг.

С целью существенной экономии ме­талла были предложены новые малоот­ходные технологии изготовления зажим­ных цанг из литых заготовок (патенты Украины №30249A и №30968A). Это поз­волило повысить коэффициент использо­вания металла до 80...90% при сущест­венном снижении трудоемкости изготов­ления и высвобождения парка металлорежущих станков, особенно на черновых энергоемких операциях (сокращение станков до 4...6 (рис. 1 в, 1 г). При этом со­хранилась последовательность операций, но с меньшим количеством термообрабо­ток (требовавших повторного нагрева и дополнительного расхода электроэнер­гии), чем по традиционной технологии - Т1 после механической обработки М1' или после получения заготовки.

Первые образцы и опытно-промыш­ленные партии (рис. 1в) стальных зажим­ных цанг к многошпиндельным токарным автоматам (рис. 2) были изготовлены и испытаны в Болгарии в 1983...84 г.г. при сотрудничестве с Киевским политехниче­ским институтом (КПИ) (заявка №3741105 на получение авторского свидетельства СССР от 22.05.1984 г.).

В Украине первые образцы заготовок зажимных цанг из специального чугуна с высокими упругими свойствами (удар­ной вязкостью) были вылиты в институте проблем литья НАН УССР по трехсторон­нему договору о научно-техническом сотрудничестве с КПИ и Киевским станкоинструментальным производственным объединением, куда они были переданы для дальнейшей механической обработ­ки и производственным испытаниям. Од­нако работа не получила завершения.

Наиболее энергоэкономичным и менее трудоемким может быть способ изготовле­ния цанг (зажимных и подающих) по па­тенту Украины №30249А при совмещении операций получения заготовки литьем и одновременной термообработки (Т1) путем регулирования температуры остывания по режимам закалки губок и отпуска лепест­ков (рис. 1д, 1е).

Способ изготовления неразводимых за­жимных и несводимых подающих цанг (а. с. СССР №686828) стал основой много­кратного восстановления изношенных за­жимных цанг (патент Украины №30989А) при резерве прочности лепестков, что оп­ределяется точными расчетами.

Малоотходная технология изготовления подающих цанг из листовой заготовки (а. с. СССР №1243908) предусматривает уп­рощение ее конструкции (рис. 3).

Штампованная подающая цанга (рис. 3) состоит из гильзы 3, зажимающей ле­пестками 5 пруток 6. Бурт гильзы 3 раз­мещен в кольцевой выточке трубы пода­чи 1, имеющей прорезы, образующие уп­ругие дополнительные лепестки 4. Между трубой подачи 1 и гильзой 3 установлено регулировочное кольцо 2 с заходным ко­нусом. Упругие лепестки гильзы 5 обра­зованы деформированием пластины 2 (рис. 4а), которая имеет отверстие диаметром D1 меньше внутреннего диаметра гильзы D2. Сначала вдавливается пуан­сон 1 (рис. 4а), сворачивая пластину 2 в выемки матриц 3 и 4 (рис. 46). Внутрен­ний пуансон 1 поджимается в крайнем положении усилием Р1 к упору 5, а на­ружный пуансон 6 усилием Р2 прижима­ет упругие лепестки гильзы к профиль­ной поверхности пуансона 1.

Шарнирное соединение гильзы 3 (рис. 3) и трубы подачи 1, осуществляемое кольцевой выточкой в трубе и буртом в гильзе, обеспечивает свободное демпфи­рование всей гильзы при заправке прутка.

Этим достигается эффективное использо­вание всего материала гильзы для созда­ния необходимых сил сцепления с прут­ком, диаметр которого может изменяться в определенных пределах.

Идея смены изношенной упругой части сборных подающих патронов реализована в заявке на патент Украины №2001106946. В таких подающих патронах (рис. 5) смен­ная подающая цанга может изготавли­ваться штамповкой или по традиционной технологии, что в любом случае обеспечит экономию конструкционных сталей не ме­нее чем на 20...40%.

Цанги - это та продукция, которая может изготавливаться или восстанавливаться по заказу потребителя в условиях гибкого про­изводства малыми партиями одного вида и размера по системе «джит» (just in time), т. е. точно в срок, с минимальными затратами.

При этом заказчик может сдать изно­шенные или разрушенные цанги на спе­циализированный металлургический ми­ни-завод и получить готовую продукцию по сниженной стоимости по аналогии со стеклянной тарой.

Существенное снижение энерго- и тру­доемкости изготовления деталей массового и крупносерийного производства при ма­лоотходной технологии возможно за счет совмещения в одном агрегате (технологи­ческой системе) различных операций (за­готовительных, термических, механических черновых и финишных, контрольных) реа­лизующем новую линейно-непрерывную (линейно-роторную) технологию (рис. 6).

Реализация такой схемы требует созда­ния принципиально нового металлообраба­тывающего оборудования, например, то­карно-давильных автоматов (а. с. СССР №1393529). Возможны различные вариан­ты изготовления шарового пальца по ли­нейно-непрерывной (роторной) технологии.

Ю.Н. Кузнецов
Журнал «Мир техники и технологий», 09/2002 г.