В современных условиях развития экономики нашей страны все большее значение приобретает повышение качества выпускаемой продукции. Однако немаловажной задачей является и обеспечение эффективности производства. Чем эффективнее будет производство, тем проще обеспечить выпуск качественной продукции.
В данной статье рассмотрим параметры, влияющие на эффективность процессов обработки металлов давлением.
Сперва необходимо рассмотреть факторы, определяющие точность и качество поковок.
Все поковки по качеству делятся на три группы: годные, дефектные и окончательный брак. Поковки первой группы соответствуют всем предъявляемым требованиям и не имеют дефектов. Поковки, имеющие те или иные, исправимые дополнительной обработкой дефекты, называются дефектными. Поковки с неисправимыми дефектами – это окончательный брак, который, в основном, направляют на переплавку.
Дефект поковок может быть обусловлен многими причинами, в том числе дефектом исходной заготовки или исходного металла, либо нарушением режима штамповки, а именно:
- несоответствие длины заготовки заданной, появляется при неправильной установке упора, недостаточной его жесткости крепления или неполной подаче прутка до упора;
- косой и грубый срез или скол металла исходной заготовки, искривление и чрезмерное смятие конца заготовки. Появляются такие разновидности дефектов при резке из-за неправильно выбранной величины зазора между ножами;
- торцевые трещины образующиеся, главным образом, при резке крупных профилей из высокоуглеродистых сталей и являются результатом больших внутренних напряжений, вызванных неравномерностью деформации при резке;
- неглубокими рисками или волосовиной, что являются результатом некачественной прокатки;
- крупнозернистая структура поковки, получается при перегреве металла исходной заготовки или окончании штамповки при слишком высокой температуре;
- вмятины, заштампованная окалина на поверхности поковки, или отпечаток от нее, образуются при плохом удалении окалины из ручьев штампа;
- не полная штамповка - увеличение сверх допуска всех размеров поковки в направлении движения инструмента. Возникает при недостаточном числе ударов молота, недостаточном усилии штамповочного оборудования, малой температуре нагрева заготовки, а также при повышенном объеме исходной заготовки;
- перекос или смещение одной половины поковки относительно другой в плоскости разъема штампа, возникает из-за неправильной установки штампа;
- ослабление размеров - уменьшение размеров поковки относительно заданных чертежом возникает при большом износе чистового ручья или при однобоком срезе заусенца из-за неправильной установки обрезного штампа;
- кривизна - отклонение осей и плоскостей поковки от заданных, может возникать при обрезке заусенца, из-за коробления при термообработке и остывании поковок;
- отклонение твердости от требуемой или ее пестрота по поверхности, возникает в результате неправильного режима термообработки;
- наличие окалины – при нарушении режима очистки от нее;
- забоины - местные механические повреждения, преимущественно на гранях, возникают вследствие удара поковок при падении.
Окончательный контроль штампованных поковок предусматривает проверку качества поверхности (контроль осуществляют ее визуальным осмотром), проверку геометрических размеров шаблоном и механических свойств (существующими методами). Скрытые дефекты выявляют люминесцентным или магнитным методом контроля.
Также немаловажную роль играет коэффициент использования металла, который в кузнечно-штамповочном производстве составляет от 0,5 до 0,6, иногда до 0,9.
Потеря (отход) металла наблюдается на разных переделах: при разделке металла, при штамповке в открытых штампах, при механической обработке.
Для выявления потерь металла при выполнении операций введен ряд коэффициентов, которые позволяют учесть эти потери на разных переделах.
Общий коэффициент использования металла (КИМ) определяют соотношением:
КИМ = ηИМ = Gдет / G мет , (1)
где Gдет – масса детали, кг; Gмет – масса металла израсходованного на получение детали (норма расхода), кг.
Однако КИМ в таком виде не дает полного правильного представления о полезном расходе металла по переделам. Эффективность работы кузнечного цеха оценивают по степени приближения размеров поковки к размерам детали - коэффициентом выхода годного
Kвг = Gдет / Gпок , (2)
а степень непроизводственного расхода металла на облой оценивают коэффициентом весовой точности, который определяется соотношением:
Kвт = Gпок / Gмет , (3)
где Gпок – масса поковки, кг.
КИМ (ηИМ) часто записывают в виде:
КИМ=Квг⋅ Квт (4)
Такая запись коэффициента использования металла позволяет судить о расходе металла на каждом из переходов - штамповке и механической обработки. То есть по всему производственному циклу, и отражает уровень технологии производства на предприятии. А запись КИМ= η ИМ = Gдет G мет показывает лишь затраты металла на изготовление детали. Чем выше численное значение KИМ, тем более рационально расходуется металл, то есть технология изготовления деталей более рациональна.
Пути повышения коэффициент использования металла
Так как затраты на металл составляют существенную часть стоимости поковок, то совершенствование технологии штамповки нацелено на экономию металла и направлениями такого совершенствования являются:
- применение профильного проката;
- применение периодического проката.
Использование периодического проката под штамповку обеспечивает значительный эффект в крупносерийном и массовом производствах. Наиболее перспективным является применение периодических профилей, изготовленных поперечной прокаткой.
Основными способами повышения КИМ являются:
- выбор рациональной формы заказа металлопроката;
- максимальное использование отходов;
- снижение потерь от торцевых обрезков;
- выбор оптимальных допусков на длину заготовки;
- корректирование длины заготовки по заданной массе.
Наиболее высокий КИМ можно получить при заказе и использовании металлопроката мерной или кратной длины, но при этом увеличиваются стоимость металла.
С целью снижения технологических отходов, то есть повышения КИМ за счет повышения коэффициентов выхода годного и весовой точности, в кузнечных цехах применяют целый ряд конструкторских и технологических разработок, в том числе используют ковочно-сварные конструкции заготовок, специализированную оснастку, рациональные конструкции слитков и заготовок.
При изготовлении относительно небольших поковок, рекомендуется многоштучная штамповка. При этом необходимо выбирать такое расположение фигур, при котором требуется наименьшее число заготовительных ручьев и будет обеспечена наибольшая экономия металла при рациональном использовании зеркала штампов.
Также применяют использование особенной оснастки, ограничивающей свободное течение металла (подкладные штампы, профильные бойки, вкладыши). Использование несложной оснастки позволяет снизить массу поковок на 25 %. Автоматизация управления и проектирования ковочно-штамповочными процессами также способствует повышению КИМ.
Наиболее эффективным способом повышения КИМ при ковке является применение специализированных исходных заготовок, удлиненных, малоприбыльных, бесприбыльных и пустотелых слитков, заготовок, полученных непрерывной разливкой, имеющих высокий коэффициент выхода годного металла.
При штамповке резервами экономии металла являются получение поковок с повышенным коэффициентом весовой точности за счет снижения напусков, применение специальных методов получения поковок, в сочетании штамповки со сваркой и литьем, позволяет изготовлять крупногабаритные детали ответственного назначения с высоким КИМ. Так изготавливают цилиндры с глухим дном, различные диски, поковки типа валов, колец и обечаек.
Основными направлениями совершенствования технологии штамповки для улучшения технико-экономических показателей (ТЭП) являются изменение конструкции детали и поковки на наиболее рациональную и ужесточение припусков и напусков, изменение размеров заготовки и предварительная подготовка их формы на специальном оборудовании. Модификация конструкции ручьев штампа и применение новых конструкций канавок, как и применение сдвоенной штамповки, и совмещение выполнения разделительных и формоизменяющих операций - все это способствует повышению ТЭП.
Рациональное использование отходов, применение мало- и безокислительного нагрева повышает КИМ. Значительную экономию металла и повышение производительности и точности поковок можно достичь при комбинированной и сдвоенной штамповке.
Потери металла на заусенец составляют от 10 до 30 % от массы поковки, и они тем больше, чем меньше поковка. Применение штамповки с малым заусенцем и без него - один из резервов повышения КИМ. Применение такой штамповки уменьшает расход металла от 5 до 10 %.
Изготовление поковок в закрытых штампах, комбинированная и групповая штамповка обеспечивают экономию металла от 10 до 30 %, снижение трудоемкости и себестоимости.
Комбинированная штамповка такая, при которой работу основного кузнечно-штамповочного оборудования совмещают с машинами, предназначенными для выполнения предварительного формоизменения поковок (например, сочетание вальцы – пресс).
Групповая штамповка – одновременное получение нескольких поковок. Многоштучная штамповка небольших поковок позволяет повысить производительность и более полно использовать металл и зеркало штампа. Спаренная штамповка позволяет избежать применение сложных заготовительных ручьев.
Использование отходов для изготовления других деталей также позволяет повысить КИМ.
Варианты совершенствования технологических процессов штамповки
Обработка металла давлением - это экономичные процессы с высокой производительностью, широко применяемые практически во всех отраслях промышленности. Характерным для современных операций ОМД, является качественное изменение технологических процессов, происходящих по следующим направлениям:
- комплексная механизация и автоматизация процесса;
- интенсификация процессов штамповки за счет повышения
быстроходности оборудования и создания непрерывных технологических процессов;
- разработка способов штамповки без припусков или с минимальным припуском (изотермическая штамповка, штамповка в разъемных матрицах, штамповка без заусенца и др.);
- обработка давлением в состоянии сверхпластичности;
- разработка способов и режимов обработки малопластичных и трудно деформируемых материалов;
- совершенствование нагревательных устройств для обеспечения мало окислительного и безокислительного нагрева заготовок;
- широкое использование новых и специальных видов объемной штамповки.
Также эффективность производства можно повысить путем применения комплексных технологических процессов штамповки, а также механизации и автоматизации процессов штамповки.
