Автоматизация процессов изготовления поковок на КГШП

Кузнечное производство, будучи постав­щиком высококачественных заготовок и по­луфабрикатов для многих отраслей индуст­рии, в своем развитии вынуждено ориенти­роваться на условия, складывающиеся в этих отраслях, в первую очередь, в автомобиле­строении, потребляющем более 2/3 всех поко­вок, производимых методами горячей штам-повки. В связи с этим в сорокалетнем периоде промышленного использования автоматизи­рованных КГШП просматриваются два этапа. Первый из них (60—70-е гг. XX в.) харак­теризуется количественным наращиванием производства автомобилей и, как следствие, созданием преимущественно узкоспециали­зированных горячештамповочных установок, предназначенных для изготовления опреде­ленной поковки или, в лучшем случае, семейства однотипных поковок (например, шату­нов или колесных ступиц, или поворотных кулаков и т. п.). Главным критерием их оцен­ки являлась высокая производительность, для обеспечения которой требовалась дли­тельная (не менее недели) переналадка на изготовление поковки того же семейства, но другого типоразмера. Очевидно, что такие ус­тановки, созданные на грани технически воз­можного и отличающиеся высокой капитало­емкостью, могли эффективно использоваться только при изготовлении крупных серий по­ковок, поставляемых большими партиями. Это было возможно лишь на интегрирован­ных кузнечных заводах автомобильных фирм и на некоторых крупных независимых куз­нечных предприятиях.

Количественное насыщение автомобиль­ного рынка повлекло за собой в 80-х гг. пере­ориентацию автомобилестроителей на рас­ширение и систематическое обновление но­менклатуры за счет соответствующего (весьма заметного) снижения серийности производ­ства. Применительно к кузнечному произ­водству это означает существенное расшире­ние спектра изготовляемых поковок при со­кращении серийности производства каждой из них и значительное уменьшение величины партий поковок, поставляемых поэтапно в обусловленные сроки (just-in-time). В этих условиях узкоспециализированные горячештамповочные установки, несмотря на высо­кую темповую производительность, становятся неэффективными, поскольку, как показывает европейский опыт, их возможности использу­ются в большинстве случаев па 60...65 %.

Это вызвало необходимость переориента­ции кузнечного производства на применение гибких многоцелевых установок, что стало отличительной особенностью второго этапа автоматизации горячештамповочного произ­водства (с середины 80-х гг. по настоящее время). Понимая под гибкостью горячештамповочной установки сочетание быстрой переналаживаемости с определенной степенью

технологической универсальности, достаточ­ной для охвата спектра поковок, свойствен­ного их конкретному производителю, следует констатировать, что непременным условием обеспечения гибкости установки является универсальность используемых в ней средств автоматизации. Применительно к КГШП этому условию в той или иной мере удовле­творяют грейферные и клещевые подачи, а также роботы.

Грейферные подачи — наиболее распро­страненный вид средств автоматизации, слу­жащих для межоперационной передачи поко­вок в штамповом пространстве КГШП, что обусловлено органической упорядоченно­стью необходимых движений и высокой сте­пенью их функциональности.

Рис. I, Движения захватов грейферной полачи

Смыканием грейферных линеек обеспечи­вается захват поковки, приподнятой вытал­кивателем в гравюре инструмента, но еще со­храняющей ориентацию в этой гравюре. При последующем подъеме линеек поковка пол­ностью выводится из гравюры в ориентиро­ванном (за счет удержания захватами) поло­жении и затем переносится в этом положе­нии к следующей позиции инструмента. При опускании линеек поковка частично вводит­ся в гравюру следующей позиции, что обес­печивает ее центрирование в этой гравюре. При размыкании линеек поковка освобожда­ется от захватов и окончательно укладывается в очередной гравюре (рис. 1). Очевидно, что каждое из этих движений грейферной подачи (ГП) осуществляется одновременно на всех позициях, и, следовательно, при ее использо­вании производительность КГШП не зависит от числа позиций инструмента. Это предо­пределяет целесообразность выполнения на КГШП не только формообразующих, но и разделительных операций (удаление внутрен­него и внешнего заусенцев), что позволяет исключить из технологической линии обрез­ной пресс и связанные с ним средства авто­матизации и межпрессовые транспортные средства.

В технологических процессах горячей штамповки в открытых штампах необходи­мые силы деформирования значительно воз­растают при переходе от подготовительных операций (плющение, пережим, гибка, осадка) к основным формообразующим (предваритель­ная и окончательная штамповка), а затем столь же значительно снижаются при переходе к раз­делительным операциям (прошивка, обрезка). При этом линейное расположение позиций инструмента, необходимое для функциони­рования ГП, способствует рациональному ис­пользованию штампового пространства прес­са за счет размещения наиболее нагруженных (формообразующих) позиций в зоне макси­мально допустимых нагрузок в центральной части ползуна. Следует отметить, что это дос­тигается при минимально возможном шаге подач и (расстоянии между осями позиций инструмента), который лимитируется только прочностью штамповых вставок, поскольку поковка захватывается грейферными линей­ками путем их смыкания в направлении, пер­пендикулярном направлению транспортиро­вания поковки.

В современных горячештамповочных уста­новках заготовки загружаются в ГП, как пра­вило, через цикл ее работы, т. е. при каждом ходе ползуна операции выполняются либо на нечетных, либо на четных позициях инстру­мента. Такой способ загрузки необходим для создания условий, обеспечивающих очистку и надлежащее смазывание гравюр инстру­мента, что особенно важно при штамповке алюминиевых сплавов, которые не образуют окалины, защищающей металл поковки от схватывания с металлом инструмента. Не ме­нее важно, что загрузка через цикл полно­стью исключает одновременное выполнение следующих друг за другом основных формо­образующих операций, при котором величина необходимой силы деформирования и, следо­вательно, величина номинальной силы соот­ветствующего КГШП практически удваива­ется.

Технологические особенности грейфер­ных подач зависят от вида их привода. Разли­чают подачи с жесткой кинематической свя­зью с приводом КГШП и с независимым от пресса приводом.

Жесткая кинематическая связь подразуме­вает равенство числа ходов ползуна пресса и числа циклов подачи в единицу времени, по­скольку пресс и подача работают совместно в режиме непрерывных ходов. При этом, бла­годаря идеальной синхронизации движения подачи с перемещением ползуна, обеспечи­вается максимально возможная производи­тельность (до 36...40 циклов/мин), лимити­руемая только величиной инерционных сил. Вместе с тем, при использовании подач с же­сткой связью требуется существенное (при­мерно в 2 раза) уменьшение числа непрерыв­ных ходов ползуна КГШП. В результате со­ответственно увеличивается время силового контакта поковки с инструментом, что при­водит либо к ухудшению стойкости инстру­мента, либо к снижению точности поковок. Поэтому, как показывает практика, грейфер­ные подачи с жесткой связью имеют весьма ограниченное применение в КГШП. В ос­новном их используют в специализирован­ных автоматах, предназначенных для изго­товления поковок несложной (с точки зрения течения металла в гравюре) формы.