Инновационные технологии кузнечно-штамповочного производства. Разработки МГТУ им. Н.Э. Баумана

Язык труда и переводы:
УДК:
621.7
Дата публикации:
13 мая 2022, 14:02
Категория:
Кузнечно-штамповочное
Авторы
Аннотация:
Приведены основные результаты разработок в области технологии и оборудования кузнечно-штамповочного производства, проводимых специалистами кафедры «Технология обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Представлены сведения о инновационной конструкции бабы с наполнителем ковочных и штамповочных молотов, применение которой позволяет повысить коэффициент полезного действия и производительность молота; сократить общее количество ударов молота для получения поковки заданных размеров; повысить стойкость инструмента и штоков молотов; уменьшить расход энергии и затраты на производство. Разработанная инновационная экономичная ресурсосберегающая технология изготовления плоских кольцевых деталей методом сжатия обеспечивает повышение коэффициента использования материала до 1,5 раз и снижение затрат в условиях единичного и мелкосерийного производств при обеспечении требуемого качества изготавливаемых деталей. Показана инновационная технология листовой штамповки заготовок из цветных сплавов, обеспечивающая отсутствие налипания материала заготовки на инструмент и повышение стойкости инструмента. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования для разработки инновационной технологи листовой штамповки при использовании рабочего инструмента, полученного методом FDM печати, позволяющей существенно снизить затраты на изготовление инструмента в условиях единичного и мелкосерийного производства по сравнению с использованием инструмента из инструментальных сталей.
Ключевые слова:
кузнечно-штамповочное производство, баба с наполнителем, ковочный и штамповочный молот, коэффициент полезного действия, метод сжатия, кольцевые детали, коэффициент использования материала, налипание материала на инструмент
Основной текст труда

Одним из направлений повышения эффективности ударного деформирования на ковочных, штамповочных и листоштамповочных молотах является увеличение продолжительности взаимодействия инструмента с заготовкой при удержании падающих частей молота в нижней точке при ударе путем использования бабы молота с наполнителем. При этом использование бабы молота с наполнителем позволяет увеличить КПД ударного деформирования при ковке и штамповке на молотах (до 1,2 раз), снизить силу деформирования (до 1,3 раза), увеличить работу пластической деформации и КПД удара (до 1,2 раза) по сравнению со стандартной бабой молота [1–4].

Разработанные рекомендации  по использованию бабы молота с наполнителем можно использовать для модернизации ковочных и штамповочных молотов, позволяющей повысить стойкость штоков молотов, сократить общее количество ударов молота для получения поковки заданных размеров, снизить интенсивность охлаждения поковки за весь технологический процесс, уменьшить расход энергии и затраты на производство, а также повысить КПД и производительность молота (разработчик — заведующий кафедрой «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н. Лавриненко В.Ю.)

В результате проведенных промышленных испытаний бабы с наполнителем штамповочного молота модели М2140 с массой падающих частей 1000 кг при осадке и штамповке поковок из сталей 45 и 12Х2НВФА в кузнечном цехе АО «ММЗ «Авангард» установлено увеличение степени деформации поковки на каждом ударе и уменьшение количества ударов молота в среднем в 1,25…1,4 раз по сравнению со стандартной бабой молота при соответствии размеров полученных поковок требованиям чертежа.

Проведенный расчет экономической эффективности использования бабы с наполнителем штамповочного молота модели М2140 с массой падающих частей 1000 кг при горячей объемной штамповке поковок «Угольник» из стали 12Х2НВФА, проведенной в кузнечном цехе АО «Московский машиностроительный завод «Авангард», позволил установить:

  • снижение нормы штучного времени на штамповку при использовании бабы молота с наполнителем на 11 %;
  • снижение удельного энергопотребления и экономию электроэнергии при использовании бабы молота с наполнителем на 12 %;
  • снижение удельного потребления сжатого воздуха при использовании бабы молота с наполнителем на 11 %.

Эффективное использование металла и повышение коэффициента использования материала (КИМ) является важной задачей при разработке различных процессов обработки металлов давлением.

Применение метода сжатия овальной заготовки при изготовлении тонколистовых кольцевых деталей [5] позволяет обеспечить повышение коэффициента использования материала до 1,2–1,5 раз в условиях массового производства по сравнению с методом вырубки и пробивки и до 4 раз в условиях единичного производства по сравнению с методом точения на токарном станке.

В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований процесса сжатия исходных овальных заготовки при изготовлении кольцевых деталей было определен диапазон рационального использования данного метода, который можно использовать для выбора технологии изготовления кольцевых деталей. Кроме этого, для изготовления кольцевых деталей методом сжатия был разработан специальный штамп, позволяющий получать качественные кольцевые детали. Также получены формулы для определения геометрических параметров исходной овальной заготовки и зависимости, учитывающие смещение нейтрального слоя деформаций, относительное отклонение от круглости внутреннего и наружного диаметра, относительное утонение и утолщение окончательной кольцевой детали [5–6].

В результате была разработана методика проектирования технологических процессов получения кольцевых деталей сжатием, применение которой позволяет повысить коэффициента использования материала [7], в частности, для новых технологических процессов изготовления деталей «Фланец» и «Кольцо упорное» сжатием КИМ составили 0,45 и 0,42 соответственно, таким образом, применение метода сжатия позволит повысить КИМ в 1,28 и 1,31 раза соответственно (разработчики — заведующий кафедрой «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н. Лавриненко В.Ю. и к.т.н. Поляков А.О.).

При этом разработанная методика проектирования технологических процессов изготовления кольцевых деталей сжатием позволяет повысить коэффициент использования материала до 1,5 раз и снизить затраты в условиях единичного и мелкосерийного производств при обеспечении требуемого качества изготавливаемых деталей. Изготовление колец методом сжатия является более экономичнымии ресурсосберегающим процессом изготовления некоторых кольцевых деталей по сравнению с методом вырубки и пробивки.

При холодной листовой и объемной штамповке заготовок из алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов (АД1, АД0, Д16, В65, АК-4, АМц, АМг и др.), из титана и титановых сплавов (ВТ1-0, ВТ6  и др.), нержавеющих сталей (08Х18Н10Т  и др. ) зачастую на поверхности обрабатываемых заготовок происходит образование глубоких рисок и борозд вследствие налипания материала заготовок на поверхность инструмента. Это ухудшает эксплуатационные свойства и качество получаемых деталей и их внешний вид, а также приводит к уменьшению стойкости инструмента и выходу его из строя.

Существующие методы снижения налипания материала заготовки на инструмент при штамповке (смазочные материалы, покрытия на инструменте, снижение шероховатости и повышение твердости поверхности инструмента, различные комбинированные методы) недостаточно полно учитывают особенности взаимодействия материала заготовки с материалом инструмента с точки зрения состояния их поверхности и условий их деформирования, а также при этом не учитываются технологические особенности методов обработки металлов давлением.

В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований процесса вытяжки листовых заготовок из алюминиевого сплава АД1 были разработаны оригинальная математическая модель процесса взаимодействия микронеровностей поверхностей заготовки и инструмента, учитывающая их тепловое взаимодействие и методика расчёта технологических параметров вытяжки заготовок из алюминиевых сплавов, включающая рекомендации по расчету оптимальных кинематических условий деформирования заготовки и чистоте поверхности рабочего инструмента. При этом на поверхность рабочего инструмента (матрица и пуансон) необходимо нанести покрытие из латуни ЛС59-1 методом финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) с помощью разработанного устройства [8, 9].

Предложенная инновационная технология листовой штамповки заготовок из цветных сплавов (разработчик — доцент кафедры «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана, к.т.н. Сережкин М.А.) обеспечивает отсутствие налипания материала заготовки на инструмент, повышение качества получаемых деталей, повышение стойкости инструмента при штамповке заготовок из цветных сплавов (алюминиевые и титановые сплавы) до 2–2,5 раз, а также снижение затрат на инструмент и производство.

В настоящее время проводятся экспериментальные и теоретические исследования для разработки инновационной технологи листовой штамповки при использовании рабочего инструмента, полученного методом FDM печати [10, 11], позволяющей существенно снизить затраты на изготовление инструмента в условиях единичного и мелкосерийного производства по сравнению с использованием инструмента из инструментальных сталей (разработчик — доцент кафедры «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана, к.т.н. Сережкин М.А.).

Литература
  1. Лавриненко В.Ю. Расчет технологических процессов ковки на молотах при деформировании бабой молота с наполнителем. Москва, МГИУ, 2013, 98 с.
  2. Лавриненко В.Ю., Аюпов Т.Х. Промышленные испытания бабы с наполнителем штамповочного молота. Заготовительные производства в машиностроении, 2020, т. 18, № 1, с. 19–22.
  3. Лавриненко В.Ю., Аюпов Т.Х. Расчет экономической эффективности промышленного использования бабы с наполнителем штамповочного молота М2140. Заготовительные производства в машиностроении, 2020, т. 18, № 6, с. 262–266.
  4. Лавриненко В.Ю. Проектирование технологических процессов ковки на молотах при деформировании бабой молота с наполнителем. Москва, Инновационное машиностроение, 2020, 120 с.
  5. Поляков А.О., Лавриненко В.Ю. Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления деталей типа «кольцо» сжатием. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2020, № 4–2 (342), с. 61–67. https://doi.org/10.33979/2073-7408-2020-342-4-2-61-67
  6. Лавриненко В.Ю., Поляков А.О. Ресурсосберегающая технология изготовления кольцевых деталей методом сжатия. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2021, № 4(348), с. 103–107. https://doi.org/10.33979/2073-7408-2021-348-4-103-107
  7. Lavrinenko V.Yu., Polyakov A.O. Development of Resource-Saving Technological Processes for Manufacturing Rings by the Compression Method. MATEC Web of Conferences, 2021, vol. 346, p. 01001. https://doi.org/10.1051/matecconf/202134601001
  8. Сережкин М.А., Лавриненко В.Ю., Ступников В.П., Мельников Э.Л., Ларина А.В. Влияние финишной антифрикционной безабразивной обработки рабочей поверхности штампа на условия трения при вытяжке деталей-полусфер из технически чистого алюминия. Заготовительные производства в машиностроении, 2016, № 5, c. 21–25.
  9. Калинин А.С., Сережкин М.А. Экспериментальная проверка гипотезы возникновения налипания при прокатке алюминиевых сплавов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019, № 5, c. 287–292.
  10. Климюк Д.О., Сережкин М.А. 3D-печать инструмента для мелкосерийной холодной листовой штамповки. Будущее машиностроения России. Тринадцатая Всерос. конф. молодых ученых и специалистов. Сб. докл. В 2 т. Москва, Союз машиностроителей России, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020, с. 95–97.
  11. Klimyuk D., Serezhkin M.A., Plokhikh A.I Application of 3d printing in sheet metal forming. Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, Elsevier Ltd., 2020, pp. 1579–1583. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.155
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.