Совершенствование технологического проектирования и изготовления поковок пластин и валов на ковочных комплексах

Важнейшим направлением научно-технического прогресса в кузнечно-прессовом производстве, как отмечалось в материалах ХХУ1 съезда КПСС, является улучшение качества поковок и повышение эффективности их производства /I/.

В одинадцатой пятилетке технический прогресс в кузнечном производстве связан с освоением ковочных комплексов с программным управлением /62, 95/. На предприятиях тяжелого, транспортного и энергетического машиностроения предполагается установить более 15 ковочных комплексов усилием 5, 15, 25, 60, 80, 100, 150 МН /18, 57, 58/, модернизировать ряд существующих ковочных прессов, оснастив их гидравлическим приводом, ковочными манипуляторами, инструментальными магазинами, программным управлением /82, 94/. Ожидается, что к концу пятилетки на ковочных комплексах будет изготовляться 18 $ прессовых поковок.

Точное выполнение оптимальных режимов ковки при работе по программе, быстрая смена инструмента, высокая точность ковки позволяют улучшить технико-экономические показатели кузнечно-прессового производства, в частности, повысить производительность ковки, стабилизировать качество поковок, повысить коэффициент использования металла /57, 58, 82, 84, 94, 95/. Однако душ этого необходим соответствующий уровень технологической подготовки производства: рациональные схемы ковки и технологические приемы, позволяющие вести ковку при автоматическом и программном управленияхсоответствующий ковочный инструменттехнологические документы, содержащие режимы ковки и управляющие программы. Объем технологического проектирования для ковочных комплексов значительно увеличивается /9, 60/.

Расчет режимов ковки и составление управляющих программ в производственных условиях возможны при: I) достаточно высокой степени теоретических разработок по расчету формоизменения, 2) унификации правйл технологического проектирования, 3) стандартизации нормативно-справочной информации, связанной с материалами, заготовками, оборудованием, нормами припусков, напусков и отходов, 4) автоматизации технологического проектирования.

Настоящая работа была продиктована необходимостью совершенствования технологического проектирования для одного из первых ковочных комплексов, который установлен в 1980 г. в ПО «Ижорский завод» им. А. А, Кданова.

В программе выпуска поковок ковочного комплекса основную долю составляют заготовки прямоугольного сечения для прокатки толстых стальных листов (до 60%). К этим поковкам не предъявляется особых требований по качеству. Однако, в связи с тем, что операция протяжки часто не обеспечивает получения требуемой ширины заготовки, используют операции разгонки и осадки. Применять на ковочном комплексе традиционные схемы ковки, включающие операции разгонки и осадки, нецелесообразно, так как эти операции не автоматизированы, трудоемки и не позволяют в полной мере реализовывать возможности комплекса. Перспективным путем совершенствования технологии ковки пластин является ковка бойками с непрямолинейным фронтом подачи. Однако рекомендации по применению таких бойков весьма ограничены и недостаточны для производственного использования.

Другой большой группой поковок, составляющих до 20% номенклатуры комплекса, являются поковки типа валов. Технологическое проектирование для этих поковок наиболее трудоемко и поэтому в первую очередь нуждается в автоматизации. Для этих поковок в значительной степени регламентированы припуски и напуски различного рода (на термическую обработку, на механическую обработку, на разрезку, торцовку поковок и др.). Однако, на предприятии отсутствует методика, регламентирующая правила проектирования технологии ковки валов. Это, в известной степени, затруднило привязку к производственным условиям типовой программы автоматизированного конструирования поковок валов. Другой причиной, затрудняющей привязку типовой программы, явилось отсутствие стандарта предприятия, регламентирующего форму и содержание карты эскиза поковки.

Технологические документы, в том числе, карта эскиза поковки, карта технологического процесса ковки, карта режимов ковки и карта управляющих программ являются целью технологического проектирования. Их содержание в значительной степени определяет объем необходимой исходной информации и собственно технологическое проектирование. Эти документы или отсутствуют на предприятии и в отрасли, или не отвечают требованиям единой системы технологической документации (ЕСТД).

Изготовление поковок на ковочном комплексе тесно связано с возможностями и наличием ковочного инструмента и оснастки. Ковка при программном управлении, наличие нескольких ковочных манипуляторов предъявляют повышенные требования к бойкам комплекса и их проектированию. Ограниченность рекомендаций и отсутствие методики проектирования плоских, вырезных и комбинированных бойков затрудняет проектирование рационального ряда бойков, позволяющего реализовать оптимальные режимы ковки.

Отмеченные особенности производства поковок на ковочном комплексе АКК-6000 и в отрасли определили цель и задачи исследования.

Цель работы — совершенствование ковочного инструмента, схем ковки и технологического проектирования процессов изготовлении пластин и валов, обеспечивающее эффективное освоение и использование ковочных комплексов с программным управлением.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие основные задачи.

1. Обосновать рациональную форму бойков с непрямолинейным фронтом подачи для изготовления широких пластин.

2. Изучить уширение заготовок круглого сечения при ковке рациональными бойками в зависимости от технологических факторов, которыми можно управлять при ковке.

3. Разработать методику проектирования технологических процессов ковки пластин на ковочном комплексеметодику проектирования основных типов бойков, используемых при протяжке пластин и валовформу и содержание технологических документов, обеспечивающих возможность ковки при автоматическом и программном управлениях.

4. Автоматизировать конструирование поковок валов путем модернизации и привязки к условиям предприятия типового пакета программ.

5. Опробовать и внедрить результаты работы.

Научная новизна работы.

Решена теоретическая задача расчета формоизменения заготовок круглого сечения при протяжке Т-образными бойками. Решение выполнено с использованием вариационного принципа возможных изменений деформированного состояния. Применен пошаговый метод расчета деформации.

Разработаны математическая модель, алгоритм и пакет программ, отвечающие требованиям проведения вычислительного эксперимента по расчету формы поперечного сечения заготовок круглого сечения при протяжке Т-образными и плоскими бойками в зависимости от подачи, степени обжатия, количества проходов, размеров Т-образных бойков и условий контактного трения.

Разработаны научно-обоснованные методики, регламентирующие проектирование технологических процессов ковки пластинконст-/ руирование поковок валовпроектирования плоских, вырезных, комбинированных и Т-образных бойковформу и содержание технологических документов.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Новые бойки с непрямолинейным фронтом подачи для изготовления широких пластин.

2. Технологический процесс ковки этими бойками широких пластин без разгонки.

3. Математическая модель, алгоритм и пакет программ для проведения вычислительного эксперимента по расчету формы поперечного сечения заготовок круглого сечения при протяжке Т-образными и плоскими бойками.

4. Методики технологического проектирования для ковочных комплексов (включая методику проектирования технологических процессов ковки пластин, методику конструирования поковок валов, методику расчета плоских, вырезных, комбинированных и Т-образных бойков, методику формирования технологических документов), реализованные в виде комплекта нормативно-технических документов для ковочного комплекса АКК-6000, установленного в П0″ Ижорс-кий завод" .

5. Модернизация и привязка типовой подсистемы автоматизированного конструирования поковок валов для условий ПО «Ижорский завод» им. А. А. Жданова.

6. Опробование и внедрение нового технологического процесса ковки широких пластин Т-образными бойками, комплекта нормативно-технических документов и автоматизированного способа конструирования поковок.

Работа выполнена в соответствии с комплексной научно-технической программой ОД.002 (задание 09, этап Н28 «Освоить автоматизированные системы проектирования технологических процессов производства изделий энергомашиностроения, а также системы автоматизированного программирования для оборудования с ЧПУ и выдать рекомендации по внедрению»), утвержденной постановлением ГКНТ СССР, Госпланом СССР, АН СССР от 12.12.80 г. Решение отдельных задач предусматривалось планами повышения эффективности производства ПО «Ижорский завод» им. А. А. Жданова на 1980;83 гг., приказами Генерального директора и указаниями Главного инженера.

Работа состоит из четырех разделов. В первом разделе представлен литературный обзор и сформулированы цели и задачи исследования. Второй раздел посвящен обоснованию рациональной формы бойков с непрямолинейным фронтом подачи, исследованию уширения пластин при ковке бойками рациональной формы, а также проверке результатов вычислительного эксперимента. В третьем разделе изложены методики технологического проектирования, обобщен опыт освоения ковочного комплекса и сформулированы принципы разработки системы технологического проектирования для ковочных комплексов. В четвертом разделе представлены результаты практического применения результатов работы, расчет экономической эффективности.

За помощь и консультации, оказанные при выполнении работы, автор благодарит старшего научного сотрудника кафедры обработки металлов давлением Уральского политехнического института, канд.техн.наук А. В. Коновалова и работников ПО «Ижорский завод» канд. техн. наук В. А. Двоскина, И. А. Карамышева, И. А. Ляпсину, В. А. Мазия, канд.техн.наук Л. П. Белову, канд.техн.наук А.Т.Ошур-кова.

— III. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ КОВОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

Особенности технологического проектирования дуй ковочных комплексов с программным управлением связаны с расширением их возможностей благодаря максимальной механизации и автоматизации процессов ковки. Рассмотрим кратко возможности ковочных комплексов на примере ковочного комплекса АКК-6000 (производство ф. Деви-Леви, Англия, 1980 г., установлен в ПО «Ижорский завод» им. А.А.Жданова), с освоением которого связано решение задач, поставленных в этой работе.

Ковочный комшекс АКК-6000 предназначен для изготовления поковок пластин, валов, колец, дисков и др. с использованием операций протяжки, осадки, разгонки, прошивки, вытяжки, раскатки на оправке, рубки. В состав ковочного комплекса входят (рис. 1 Л): гидравлический ковочный пресс усилием 60 МН (I), инструментальный магазин на три комплекта инструмента (2), инструментальный манипулятор (3), Два ковочных манипулятора (4) грузоподъемностью 400 и 1200 кН, ковочный кран (5), два транспортных крана (6), восемь нагревательных печей с выкатным подом (7), электронная система управления прессом и ковочными манипуляторами, пульт управления (8), система сбора информации, в состав которой входит ЭВМ (9).

Возможна работа пресса и манипуляторов при ручном, автоматическом и программном управлениях. При автоматическом управлении подвижная поперечина совершает возвратно-поступательное движение, а манипулятор согласованно с этим движением подает и поворачивает заготовку. Если манипулятор только поворачивает заготовку, осуществляется ковка кольцами, если только подает — проходами,.

4 2 3 4 5 б.

VI VI 11.

Рже.1.1. Планировка прессового участка ковочного комплекса.

Ъ5.

Рис. 1.2. Пластина для прокатки толстых стальных листов. Н, Ь, ?* - высота, средияя ширина, длинаЬк, б5- ширина пластины по контакту и по бочке. если и поворачивает и подает — ковка по винту. Величины обжатий, подач и кантовок, направление ковки, усилие и скорость деформации задаются предварительно установкой переключателей на пульте управления. Одна комбинация переключателей является командой управления. Несколько комбинаций переключателей, объединенных вместе, образуют управляющую программу.

Работа комплекса при программном управлении отличается от работы при автоматическом управлении тем, что команды управления вводятся в электронную систему комплекса из памяти ЭВМ. За счет этого повышается производительность ковки.

ЭВМ комплекса предназначена как для воспроизведения, так и для записи процессов ковки. Запись движений рабочих органов пресса и манипуляторов производятся во всех режимах управления. Воспроизводятся же только записи, сделанные при автоматическом и программном управлениях. Записанная на ЭВМ информация может быть распечатана в виде справки о работе пресса за определенный период времени (продолжительность работы и простоев пресса, масса слитков и поковок) и в виде протокола записи ковки (дата ковки, номер записи, продолжительность записи, марка стали, температура металла в начале и в конце ковки, масса заготовки и поковки, величины обжатий, подач и кантовок, высота хобота манипулятора, скорость и усилие деформации).

При автоматическом и программном управлениях обеспечивается точность обжатия ± 3' мм, точность подачи ± 50 мм, точность кантовки + I град. Подачи и кантовки осуществляются без накопления ошибки. Затраты времени на смену комплекта инструмента составляют около 4 мин., затраты времени на смену нижнего инструмента — 2 мин.

Таким образом, по сравнению с неавтоматизированными прессами имеются возможности: повышения производительности труда за счет высокой скорости ковки и быстрой смены инструментаповышения и стабилизации качества поковок за счет точного выполнения режимов ковкиприближения формы поковки к форме готовой детали за счет высокой точности ковки и оперативного применения специального инструментаоценки качества откованых поковок за счет объективной фиксации параметров исполнения процессов ковки с помощью ЭВМ. Ковочные комплексы позволяют повысить культуру производства, облегчить условия труда, повысить безопасность кузнечных работ. Внедрение ковочных комплексов имеет большое социальное значение.