Горячая объемная штамповка фланцев по металлосберегающей технологии

При горячей объемной штамповке поковок фланцев для трубопроводов, осуществляемой обычно за четыре перехода (осадка, окончательное формообразование, прошивка отверстия и обрезка облоя), достигается наибольшая точность размеров и формы поковок, что позволяет исключить последующую механическую обработку наружной поверхности патрубка и прилегающей к ней торцевой поверхности фланцевой части поковки. Этому способствует стабильность температуры заготовок при окончательном формообразовании, так как в процессе предшествующей осадки подстывание заготовки несущественно.

Горячая объемная штамповка по сравнению с другими методами изготовления кольцеобразных поковок характеризуется наиболее высокой производительностью, достигаемой при использовании минимального количества кузнечно-прессового оборудования: горячештамповочной машины (для операции осадки и окончательного формообразования) и обрезного пресса (для прошивки отверстия и удаления облоя). Это оборудование достаточно универсально и при необходимости может быть использовано для изготовления поковок других типов.

Для горячей объемной штамповки кольцеобразных поковок применяют заготовки с круглым или квадратным поперечным сечением, которые сначала осаживаются, а затем окончательно формуются в гравюре штампа. При прошивке отверстия в заготовке образуется отход, минимальные размеры которого по диаметру обусловлены величиной отверстия в поковке, а по толщине — условиями течения металла при окончательном формообразовании. Наличие отхода обусловливает уменьшение коэффициента использования металла, повышение затрат энергии на нагрев и деформирование этого отхода, а также увеличение сил, необходимых для окончательного формообразования поковки.

Практика Воронежского завода по выпуску тяжелых механических прессов (ТМП) показывает, что для горячей штамповки фланцев предпочтительно применять кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). В последние годы двенадцать таких прессов производства ТМП (четыре из них имеют усилие 40 МН, три — 63 МН, два — 80 МН и два — 125 МН) были введены в эксплуатацию на заводах известных изготовителей фланцев в Италии, Испании, Корее и США. При этом на одном из прессов усилием 125 МН была освоена штамповка поковок фланцев 18″ (наружным диаметром 650 мм) — первый в мировой практике случай использования для этой цели столь крупного КГШП.

Эти данные свидетельствуют о том, что в производстве фланцев штамповочные молоты уступают место КГШП, являющимся наиболее перспективным горячештамповочным оборудованием.

Высокая производительность КГШП при значительной массе поковок, характерной для фланцев, предопределяет необходимость автоматизации или, как минимум, механизации транспортировки поковок и манипулирования ими в процессе изготовления. Поэтому КГШП для штамповки фланцев следует рассматривать в комплексе с соответствующими устройствами как единую горячештамповочную установку, охватывающую весь процесс изготовления поковок — от подачи нагретой заготовки к прессу и до удаления готовой поковки. С этой точки зрения производимые ТМП установки для горячей штамповки поковок фланцев трубопроводов подразделяются на две группы, различающиеся составом деформирующего оборудования и средствами автоматизации технологического процесса.

Поковки фланцев сравнительно малых размеров (до 8″ включительно) изготовляют, как правило, крупными сериями. При этом главным критерием экономичности производства является производительность, предопределяющая целесообразность использования оборудования с высокой степенью автоматизации технологического процесса автоматических горячештамповочных комплексов. Для таких комплексов характерно осуществление всех операций горячей штамповки (осадки, окончательного формообразования, прошивки и обрезки облоя) на одном и том же КГШП с использованием грейферного перекладчика для транспортировки штампуемой поковки по всем позициям инструмента.

Типичным примером является автоматический комплекс на базе КГШП усилием 40 МН, предназначенный для изготовления поковок с наибольшей величиной наружного диаметра до 350 мм (поковка фланца 8″). Исходный материал — прокат обычной точности круглого или квадратного поперечного сечения. Прокат нагревается в индукционной нагревательной установке, на выходе из которой установлены ножницы, производящие отрезку мерной заготовки. Эта заготовка, нагретая до 1200ºС, поступает в загрузчик первой позиции, который вводит ее в штамповую зону пресса и устанавливает на площадку для осадки. После осадки заготовка транспортируется грейферным перекладчиком последовательно по остальным позициям.

Заготовки подаются в КГШП через один ход ползуна, т. е. в штамповой зоне пресса одновременно находятся две заготовки: либо на позициях осадки и прошивки, либо на позициях окончательного формообразования и обрезки облоя.

Это создает наиболее благоприятные условия для очистки, смазывания и охлаждения инструмента, особенно на позиции окончательного формообразования, и в конечном итоге способствует обеспечению требуемой

точности и хорошего качества поверхностей, не подлежащих финишной механической обработке, а также существенному повышению стойкости формообразующего инструмента.

Производительность зависит от массы заготовки и, как показал опыт эксплуатации, составляет 200 поковок в час при массе заготовки 25 — 30 кг. Вследствие единообразия формы поковок, переналадка комплекса на изготовление поковок фланцев другого типоразмера не требует существенных затрат времени и сводится в основном к смене штампового инструмента.

Поковки более крупных фланцев (размером более 8″) изготовляют сравнительно небольшими сериями, величина которых обычно убывает с увеличением наружного диаметра поковок. Для их изготовления необходимы тяжелые КГШП — усилием 63 МН и более. При этом размеры штампового пространства КГШП недостаточны для размещения всех позиций инструмента, а их увеличение приводит к увеличению массы и стоимости пресса. Поэтому наиболее целесообразным является размещение позиций прошивки и удаления облоя на отдельном обрезном прессе, который вместе с КГШП и средствами транспортировки и манипулирования образует механизированную или автоматизированную горячештамповочную линию.

В таких линиях одним из главных критериев эффективности производства (наряду с производительностью) является максимальное использование силовых и энергетических возможностей горячештамповочного пресса, т. е. в штамповом пространстве пресса при каждом ходе ползуна должна находиться только одна заготовка — либо на позиции осадки, либо на позиции окончательного формообразования. Это обусловливает целесообразность применения манипуляторов, управляемых оператором (в механизированных линиях), или промышленных роботов с программируемой системой управления (в автоматизированных линиях).

Характерным примером таких линий может служить полуавтоматическая горячештамповочная линия, предназначенная для изготовления поковок фланцев размером до 14″ (наибольший диаметр поковки — 540 мм, масса наибольшей заготовки — около 115 кг). Линия содержит КГШП усилием 80 МН и обрезной пресс усилием 16 МН; в качестве средств автоматизации используются промышленные роботы, быстродействие которых определяет производительность линии, доходящую до 120 поковок в час. Прочие компоненты линии аналогичны соответствующим компонентам горячештамповочного комплекса на базе КГШП усилием 40 МН.

Как уже отмечалось, существенным недостатком метода горячей объемной штамповки является неизбежный отход металла, который увеличивается с увеличением внутреннего диаметра поковки. При этом возрастает не только абсолютная величина массы отхода, но и величина доли материала исходной заготовки, уходящей в отход. Например, у поковки фланца 4″ площадь отхода составляет около 20% от общей площади поковки без облоя, а у поковки фланца 18" — около 48%. Поэтому в производстве поковок сравнительно крупных фланцев внедрен способ горячей штамповки, при котором размеры отхода преднамеренно увеличивают таким образом, что они становятся равными размерам осаженной заготовки, необходимой для формообразования поковки фланца меньшего типоразмера. Заметно снижаются и затраты энергии, так как поковки фланцев штампуются с одного нагрева.