Автоматическая горячая объемная штамповка или ковка? 

В борьбе за качество и производительность

Соотношение ковки и горячей штамповки, которая получила наибольшее развитие в отраслях массового и крупносерийного производства, составляет примерно 40% на 60%.

В борьбе за точность, производительность и минимизацию отходов выигрывают кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Горячая объемная штамповка поковок, например, коленвалов двигателей на современных предприятиях выполняется на тяжелых КГШП. По сравнению с обычными молотами, штамповка на КГШП снижает расход металла на 10—15%, при этом сокращается на 25—35% объем механической постобработки и повышается точность формообразования на 30—50%, а также растет производительность установки и прочность изделий. Выполнение горячей объемной штамповки коленчатых валов на КГШП обеспечивает уменьшение припусков на механическую обработку и даже исключение этой фазы обработки для отдельных элементов поковки.

Изготовление коленчатых валов традиционным методом ковки приводит к тому, что, после обрезки облоя, волокна по периметру поковки выходят на поверхности шеек вала под углом 90 градусов, что резко снижает долговечность работы изготовленной детали.

Горячая штамповка коленчатых валов с формообразованием так называемых «карманов» на противовесах позволяет исключить последующую механическую обработку поверхностей противовесов и при этом дополнительно снизить примерно на 5% массу исходной заготовки. Эта технология может быть реализована только при условии расположения всех шатунных шеек вала в одной плоскости, что имеет место лишь у коленчатых валов четырехцилиндровых двигателей.

Объемная штамповка коленчатых валов пяти-, шести- и десятицилиндровых двигателей (с шатунными шейками вала, развернутыми относительно друг друга на определенные углы) обычными методами сопряжена со значительным усложнением конструкции штампового инструмента, который в этом случае имеет ступенчатую поверхность разъема и увеличенную глубину гравюр. Это, с одной стороны, влечет за собой повышенный износ инструмента и увеличение отхода металла в облой, а с другой стороны, вызывает необходимость механической обработки всех противовесов. Решение этой проблемы возможно при условии, что окончательное формообразование поковки осуществляется на КГШП с расположением всех шатунных шеек вала в одной плоскости, затем после удаления облоя шатунные шейки вместе с противовесами, сохраняющими приданную им форму, разворачиваются относительно оси коренных шеек вала на заданные углы на выкрутном прессе.

Наиболее эффективно дополнение КГШП механизированными или автоматизированными комплексами и прессовыми линиями, которые включают ковочные вальцы, обрезной, выкрутной и калибровочный прессы, промышленные роботы, краны и другие виды транспортировки тяжелых заготовок, систему технологической смазки штампов, устройство выкатывания штампа, для его раскрытия и разворота верхней половины и др.

При поэтапной поставке поковок небольшими партиями полная автоматизация горячештамповочного оборудования далеко не всегда оказывается экономически эффективной. В ряде случаев (при производстве малых серий или сравнительно крупных серий малыми партиями) представляет интерес частичная автоматизация процесса, при которой автоматизируются операции, не требующие трудоемких работ при переналадке (нагрев, подача заготовок на первую позицию инструмента, удаление готовых поковок), а манипулирование поковкой при предварительной и окончательной штамповке осуществляется вручную или посредством устройств, управляемых оператором. При этом достигается определенное повышение производительности по сравнению с неавтоматизированной работой за счет облегчения труда оператора и принудительного поддержания стабильного темпа работы, а также существенное сокращение инвестиционных затрат (по сравнению с системами полной автоматизации). В пользу такого метода автоматизации говорят и неограниченная возможность изготовления всех видов поковок, и фактически достигаемая в настоящее время степень использования горячештамповочных установок, составляющая в среднем 60 – 65% у полностью автоматизированных и более 80% — у автоматизированных частично.

Поэтому уровень автоматизации горячештамповочных прессов ТМП варьируется в широких пределах от простейших устройств для подачи заготовок на первую позицию штамповки и до полностью автоматизированных комплектных установок, а его оптимальная величина определяется в зависимости от производственных условий конкретного предприятия.

Для обеспечения высокого качества поковок требуется точное соблюдение технологических процессов, что при горячей штамповке подразумевает стабильность температурного режима поковки и инструмента. Здесь важнейшую роль играют многоуровневые системы программного управления всеми элементами горячештамповочной установки.

Кто производит КГШП?

Из зарубежных можно выделить SMS Eumuco (Германия) и Sumitоmо Heavy Industries (Япония). Воронежский завод тяжелых механических прессов «Тяжмехпресс» (ТМП) является одним из мировых лидеров на рынке тяжелых кривошипных горячештамповочных прессов: из 20 прессов усилием свыше 10 000 тс работающих в мире, 10 имеют марку «ТМП» – это 50% мирового производства; из 31 прессов усилием 8 000 тс 18 изготовлены ТМП, что составляет 58% мирового производства.

70% продукции компании поставляется на экспорт. Оборудование ТМП используют известные автопроизводители: FIAT, RENAULT, PEUGEOT, TOYOTA, SAMSUNG, MITSUBISHI, KANEMATSU, TATA MOTORS и др., а также производители автомобильных комплектующих для мировых автомобильных брендов из Японии, Германии, Италии, Франции, Индии, Китая, Южной Кореи. Оборудованием ТМП полностью оснащена крупнейшая кузница в Европе FORGES DE COURSELLES (Франция). Около 15 тысяч единиц оборудования успешно работает на предприятиях 54 стран мира в транспортном, сельскохозяйственном, военном и энергетическом машиностроении.

Пресс-рекордсмен

Выпускаемый ТМП первый в мире горячештамповочный пресс К8052 с номинальным усилием 16 500 тс предназначен для работы в составе автоматизированной линии для горячей штамповки поковок коленчатых валов и балок передней оси автомобиля, а также трубопроводных фланцев.

Для обработки на этом прессе можно использовать поковки весом до 240 кг и длиной до 2200 мм. Ход ползуна составляет 600 мм, штамповая высота – 2 100 мм, частота одиночных ходов – 5 в минуту, а в непрерывном режиме – 32. Размер стола 2500х3500 мм. Мощность электродвигателя главного привода – 630 кВт. Вес пресса составляет около 1,4 т.

Эффективность – в комплексном подходе

Как при решении вопросов автоматизации, так и при переналадке тяжелого горячештамповочного оборудования ТМП созданы или используются соответствующие системы от гидравлической руки с ручным управлением для смены инструмента пресса 80 МН компании Ulma (Испания) и до автоматизированного участка смены, сборки и разборки штампов в линии с прессом 125 МН компаний Forge de Monterrey (Мексика) и Corea Flange (Ю.Корея).

Эффективность работы горячештамповочных комплексов и линий зависит не только от качества работы оборудования, но и в значительной степени от совершенства используемых потребителем технологических процессов горячей штамповки. Оптимизация и отработка этих процессов при помощи компьютерного моделирования и программирования выполняется специалистами ТМП.

Сейчас ТМП разрабатывает модель кривошипного горячештамповочного пресса номинальной силой 160 МН и на его базе автоматической линии по производству коленчатых валов и балок передней оси с максимальной массой заготовки до 200 кг, длиной свыше 2300 мм и работой технологической операции до 2800 кдж.

P.S. Любопытно, что первым в мире горячую штамповку бронебойных ядер из пудлинговой стали ввел в 1863 г. Николай Путилов. До него технология была очень дорогостоящей: заготовку обтачивали на специальных токарных станках, придавая ей круглую форму, а затем высверливали пустоты. Изделия получались сложные и дорогие. Благодаря Путилову стране удалось избавиться от зарубежных поставок.  

По материалам завода ТМП

На фото: первый в мире горячештамповочный пресс К8052 усилием 16 500 тс