Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением

вальцы [см., например, Бойцов В. В., Трофимов И. Д. Горячая объемная штамповка: Учебн. пособие для СПТУ. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1988. 264 с.]), т. е. его исполь-

зуют при организации технологических линий с различным основным деформирующим оборудованием.

Недостатком этого может быть то, что переносное (передвигаемое) оборудование должно обладать достаточной жесткостью, чтобы не быть поврежденным в результате транспортировки, или не потерять своих технологических или иных качеств.

Однако данная проблема может быть решена, если малозагруженное оборудование расположить между несколькими единицами основного технологического оборудования на устройстве с жестким основанием, например поворотном круге или рельсовой тележке так, чтобы имелась возможность организации технологического потока как для одной единицы оборудования, так и для других.

На рис. 1.1 показана схема организации технологического потока с использованием двух единиц основного деформирующего оборудования и трех единиц вспомогательного: 13 – молот; 21 – винтовой пресс; 38 и 39 – высотемпературные нагревательные печи; 15 – транспортер; 9 – низкотемпературная нагревательная печь; 31 – поворотный круг.

Технологический поток организован следующим образом. Малозагруженное технологическое оборудование, например низкотемпературная нагревательная печь 9 находится в положении I. Производится ее загрузка заготовками алюминиевого сплава.

Молот 13 работает с заготовками из стали, нагретыми в высокотемпературной печи 38. После окончания работы с заготовками из стали молот 13 переналаживается и начинает работать с заготовками из алюминиевого сплава, выданными из печи 9. После окончания работы с заготовками из алюминиевого сплава молот 13 переналаживается и работает совместно с печью 38. Печь 9 переводится в положение II и загружается заготовками из алюминиевого сплава. В это время винтовой пресс 21 переналаживается для работы с ними. После нагрева заготовок печь 9 работает совместно с винтовым прессом 21. После окончания работы печь приводится в исходное положение.

Данная технологическая цепочка была организована в кузнечном цехе одного из судостроительных заводов.

21

заготовки, промежуточные люнеты для ее поддерживания, механизм установки и продольной подачи рабочего инструмента, поддерживаемого промежуточной стойкой, и систему подачи в зону обработки и отвода СОЖа со стружкой. Это устройство содержит дополнительный станок токарного типа, установленный соосно с упомянутым выше станком, и снабжено дополнительной станиной, пристыкованной между станинами токарных станков с возможностью объединения и разъединения с ними. Рабочий инструмент установлен на полом стебле, закрепленном в механизме продольной подачи, который выполнен в виде трех имеющих возможность продольного перемещения станочных суппортов, два из которых установлены на станине дополнительного токарного станка, а третий – на дополнительно пристыкованной станине, причем крайние суппорты соединены между собой тягами с обеспече- нием возможности их одновременного перемещения. При этом рабочий инструмент, стебель, несущий его, поддерживающие заготовку люнеты, промежуточная стеблевая стойка и тяги механизма подачи инструмента выполнены съемными. Данное устройство представлено на рис. 1.2 (1 – станина; 2 – передняя бабка; 3 – планшайба; 4 – патрон; 5 – обрабатываемая заготовка; 6 – промежуточный люнет; 7 – промежуточная стойка; 8 – суппорт основного станка; 9 – люнет съемный; 10 – устройство для подачи СОЖ; 11 – рабочий инструмент; 12 – стебель; 13 – суппорт тянущий № 1; 14 – дополнительная станина; 15 – стеблевая стойка; 16 – суппорт № 2; 17 – суппорт тянущий не приводной № 3; 18 – тяга; 19 – кожух; 20 – допол-

нительный токарный станок).

Данным расположением оборудования воспользовались при проведении работ по шлифованию внутренней поверхности гидроцилиндра Волжской ГЭС с внутренним диаметром 500 мм и длиной 14 000 мм. Корпус гидроцилиндра был

Рис. 1.2. Устройство для глубокого сверления и растачивания

23

закреплен на одном станке, который осуществлял его вращение, а на втором станке крепилась на суппорте одним концом оправка со шлифовальной головкой на другом конце.

В. Объединение в группу оборудования с единой гидронапорной установкой

Примером в данном случае служит оборудование, питающееся от одной установки, подающей жидкость высокого давления на стенд гидравлических испытаний, трубогиб и волочильный стан. Загрузка каждого взятого отдельно оборудования – не высокая, поэтому на свободные мощности гидронапорной установки возможно подключать устройства, необходимые для выполнения тех или иных технологических операций. При этом волочильный стан не требует тяжелого фундамента и устанавливается в таком месте, где ничего другого установить нельзя, например вдоль ограждения стенда гидроиспытаний, а трубогиб вообще переносной.

При работе одного устройства другое работать не может. На нем либо производят наладку, либо оно в данный момент не задействовано в выполнении производственной программы, либо назначается очередность их применения.

Г. Устройство для волочения металлических изделий и способ его использования на оборудовании, входящем в группу оборудования

Устройство предназначено для обеспечения процесса прерывистого волочения металлических изделий в виде труб, прутков и других профилей в мелкосерийном производстве как на отдельно стоящем оборудовании с помощью тянущего захвата со своим рабочим ходом, так и на оборудовании, входящем в группу оборудования, каждое из которых имеет тянущие элементы. Устройство для волочения содержит волокодержатель с волокой, устанавливаемые на оборудовании с тянущим захватом с определенным рабочим ходом. Возможность многократного превышения длиной волоченного изделия длины тянущего устройства обеспечивается за счет того, что одно и то же устройство используют на каждом оборудовании поочередно, для чего волокодержатель с волокой соосно помещены внутрь проставки-удлинителя, выполненного в виде трубы с прорезями, предназначенными для установки в них упорной скобы, фиксирующей в одной из прорезей волокодержатель. Волокодержатель снабжен направляющей втул-

24

кой. Расстояние между соседними прорезями на проставкеудлинителе регламентируется из расчета наименьшей из группы оборудования длины рабочего хода тянущего захвата. [см. также Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В. Волочение в машиностроении. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2012. – 56 с., ил.].

Д. Расширение технологических возможностей пресса

Гидравлический пресс входит в состав кольцераскатного комплекса и предназначен для получения предварительной кольцевой заготовки под дальнейшую раскатку на кольцераскатном стане. Время, требуемое для выполнения операций на указанных агрегатах, различно. Загрузка пресса в составе данного комплекса составляет примерно 40 %, что, конечно, недостаточно, и имеется необходимость расширить его возможности.

Пресс состоит из цельнолитой станины с направляющими коробчатого типа, в которых установлен ползун, являющийся одновременно и главным рабочим цилиндром пресса. На нем также имеются четыре цилиндра обратного хода, которые обеспечивают подъем ползуна. Усилие пресса 40 МН.

Кроме этого пресс оснащен дополнительными устройствами: передвижной стол, подъемно центрирующее устройство, два поворотных приспособления для верхнего инструмента, устройства для пробивки отверстия, поворотное устройство для секционной осадки и выталкиватель.

На рис. 1.3 показан технологический процесс штамповки, использующий функциональные возможности указанных устройств и увеличивающий загрузку данного оборудования.

Для расширения технологических возможностей пресса было создано ковочное устройство [см., Лыткин И. Н., Мишулин А. А., Шляхин Н. П. и др. Формоизменение заготовки и выбор пресса при протяжке в че- тырехбойковом инструменте // Кузнечно-

Рис. 1.3. Технологическая схема штамповки щита вкладыша подшипника

25

риал, могут с большей или меньшей вероятностью проявить свое влияние на последующие свойства получаемого материала. В такой же степени отражается и действие по ведению того или иного процесса, входящего в полный технологиче- ский цикл производства. В конечном итоге и то и другое суммарно составляют наследственность изделия.

В качестве примера по влиянию компонентов можно рассмотреть следующее: (см. постулат 1) при выплавке раскислителя марки АВ-87 в шихтовку плавки (около 60 %) была записана загрузка в виде корабельного лома (см. ОТиО 3). Начались выпады по свинцу, которого в сплаве не может быть более 0,3 %, а если по правилам округления, то 0,33. Расшихтовывается он трудно. Проводили исследования его происхождения, пока не додумались, что корабельный лом, хотя по химии это сплав АМг61, но поверхность кусков лома покрыта толстым слоем краски, а на флоте, известно, для этой цели используется свинцовый сурик. А если учесть то, что жидкий горячий алюминий является сильным восстановителем, становится понятно происхождение этого элемента в сплаве.

Также следует учесть, что до этого свинец был очень редкий гость в химическом составе получаемых сплавов (см. постулат 1).

Итак, смотрим дальше. Полученный сплав отгрузили на металлургический завод. И решили им раскислять металл ка- кой-нибудь плавки, требующей глубокого раскисления, вплоть до обозначения алюминия в марочном составе, например 18Ю, которая в последующем должна подвергаться глубокой вытяжке. И при штамповке пошел брак, начали искать причи- ну в качестве поверхности, уклонах, радиусах и т. д. А виновником была всего лишь шихтовка плавки одного из компонентов (см. постулат 1).

Конечно, могут быть возражения, например то, что в сертификате ведь указано содержание свинца? Указано. В технологической инструкции завода изготовителя должен быть указан порядок отбора проб. Но все может произойти. Ведь пока наполняется ковш, в объеме его металла свинец может расположиться неравномерно, потом может быть период ожидания разливки у ковша, разливка также может быть различ- ной продолжительности. Вообще, если плавка подозрительна, ее необходимо скрупулезно проверить, что экономически нецелесообразно, или, что правильнее, отложить использование до момента, когда это будет целесообразно (см. постулат 1).

27

Примером влияния «действия» на дальнейшее производство может служить следующее. Швеция начала прошлого века. Решили поднять производительность доменной печи при выплавке чугуна за счет увеличения дутья. Производительность вроде подняли, и вроде качество чугуна не изменилось. Но потом, много времени спустя, при эксплуатации полученных из стали изделий, в которую был переработан тот чугун, выяснилось ухудшение ее качества. Вернули дутье на место, вернулось качество стали.

Наследственность, зависящая от типа производства, характеризуется тем, что на одно и то же изделие при разных типах производства расходуется разное количество различ- ных ресурсов (см. постулат 4).

Например, для изготовления замка буровой колонны при различных типах производства может быть израсходовано от 800 до 200 кг ударностойкой высокопрочной стали и, соответственно, при этом у них была различная трудоемкость изготовления, расход дорогостоящего инструмента и т. д.

А вот еще пример, который имеет отношение к обоим обсуждаемым типам наследственности (см. постулат 4). Сталь 09Х17Н-вд. Четыре слитка. Один треснул при ковке. Переплавили шлаковым переплавом. Проковали. После обточки при косом освещении обнаружена какая-то пятнистость. Проверили химический состав – в норме, механические свойства – в норме, ультразвуковой контроль – в норме, т. е. никаких арбитражных претензий заказчик выставить не мог. Он и не выставил. Но больше от него заказов и не последовало.

Так вот. В чем же здесь наследственность происхождения (см. постулат 4)? В том, что где-то произошел сбой в ходе технологического процесса при производстве данных слитков.

В чем же здесь наследственность, зависящая от типа производства? А в том, что если бы данного металла требовалось много и постоянно, то при отработанной технологии выплавки, переплава, ковки и т. д., никто не купил бы слитки такого редкого сплава, вдруг появившегося в свободной продаже на рынке.

10. О локализации пластической деформации

Кто бывал на заводе «Красный Выборжец» в восьмидесятые годы, тот, может быть, видел и вспомнит, как мастерски, почти по-цирковому, вальцовщики стана ДУО500 укладывали друг на друга выходящие из валков полосы. Это происходило

28

обычно так: на принимающей стороне стана вальцовщик под выходящую полосу подставлял ломик. Загибал ее торец немного вверх. Тогда он легко заходил на предыдущий раскат. При этом полосы укладывались в скошенный штабель. Такая укладка уменьшала занимаемую площадь на принимающем рольганге. В последующем цикле прокатки за счет этого уменьшалось машинное время стана, поскольку возможно было задавать полосы в валки одну за другой. Если вдуматься, то бронзовый прокат толщиной 15–20 мм и шириной 200–250 мм невозможно согнуть, да еще с плечом около 50 мм. Что же тогда там происходило? Поскольку изгиб явно присутствовал, т. к. уровень выхода полосы из валков не изменялся, а торец поднимался вверх.

Кроме этого был там еще интересный стан, называемый «третьи вальцы». При его работе прямолинейность выхода полосы из валков, т. е. предупреждения ее серповидности, производили путем уменьшения либо увеличения просвета между валками с одной или другой стороны. И это делалось в то время, когда шел процесс прокатки.

Еще одно наблюдение. При волочении, например трубы, ее задний конец совершает «шевелящиеся» движения с большей или меньшей амплитудой. Это хорошо заметно при волочении с малой скоростью. Когда величина размаха начинает превышать значения мысленно дозволенные, то указанная часть трубы легко подправляется касанием ее каким-либо длинным предметом, поскольку приближаться к ней опасно из-за возможного упругого отскока при обрыве трубы.

Что же между ними общего? А общее у них то, что на металл, находящийся в процессе обработки, т. е. под воздействием давления с определенной схемой напряженного состояния, накладывается какое-то усилие, которое изменяет схему наведенного напряженного состояния.

Существуют и другие процессы и явления примерно такого же плана, например: штамповка с кручением, штамповка турбинной лопатки в штампе с изменяющимся углом между верхним и нижним зеркалом, ковочный крест, валковая кантующая арматура, верхнее и нижнее давление при прокатке, прошивка прессвалковая, станы для совмещения процессов прокатки и волочения, изготовление крутоизогнутых отводов на изогнутом роге и т. д.

Возникает два вопроса: как это возможно объяснить, а также использовать во благо людям?

29

Может быть, раскрытие причин этого явления есть в техни- ческой литературе? Так, например, в [см. Кузьменко В. А. Новые схемы деформирования твердых тел – Киев: Наукова думка, 1973. – 200 с.] сказано: «Возможна … температурно-силовая аналогия. В ней нагревание сопоставляется со сжатием. При нагревании твердого тела увеличивается его текучесть и оно, в конце концов, переходит в жидкое состояние. При увеличе- нии давления текучесть твердого тела также увеличивается и при достаточно высоком давлении получается состояние квазижидкости, когда металл течет подобно жидкости, оставаясь

âкристаллическом состоянии и т. д. ».

Âдругом источнике [см., например, Пресняков А. А. Локализация пластической деформации. – М.: Машиностроение, 1983. 56 с., ил.] говорится, что «В исследовании сложного нагружения (т. е. при одновременном действии различных видов деформации, например растяжения и кручения) при значительных степенях формоизменения (30–40 %) был обнаружен сильный рост локально деформированного объема металла, уменьшение неравномерности течения (в два-три раза), увеличение общей деформации до разрушения и резкого понижения сопротивления деформированию (до 50 %) и т. д.»

Все приведенные сведения свидетельствуют о том, что у металла, перешедшего из упругого состояния в пластическое, увеличивается текучесть и при этом реализуется некий процесс объемного сдвига металла. Тогда, перефразируя предыдущее, возможно сказать, что для облегчения прохождения процесса обработки металлов давлением, когда не хватает технологической силы у оборудования, необходимо перевести в состояние пластичности небольшой локализованный объем металла и путем внесения в него сдвиговых деформаций продеформировать весь объем металла с использованием доступной технологической силы. В данном случае уместна аналогия с использованием катализатора, когда катализатор изменяет путь прохождения химической реакции, пуская его по облегченной схеме.

11. О преодолении негативной наследственности

Все известные материалы со временем утрачивают свои потребительские качества, попросту говоря, они стареют т. е. они изначально отягощены негативной наследственностью, требующей для улучшения служебных характеристик ее преодоления.

30