Этапы развития

Кузнечное производство известно уже несколько тысячелетий, начиная со времени использования человеком для ковки самородных и метеоритных металлов и до настоящего времени, когда обработке давлением подвергаются многотонные слитки и прокат различного вида.

На протяжении этого времени кузнечное дело прошло через несколько важных этапов развития [1-4], связанных с использованием пламенного и электрического нагрева заготовок; заменой самородного железа на кричное, а потом и на современные отливки и прокат; дифференциацией первоначально собирательного труда кузнецов на труд металлургов, литейщиков, сварщиков, термистов и др.; специализацией кузнечных работ по хозяйственным отраслям; заменой мускульной силы молотобойцев ударами молотов и нажатием тысячетонных прессов; заменой трудоемкой свободной ковки на высокопроизводительные штамповку, прессование, волочение и прокатку; механизацией и автоматизацией трудоемких процессов ковки и штамповки и т.д.

Особенно бурный рост кузнечно-штамповочного производства (КШП) в мире отмечен в истекшем столетии. Так, например, для отечественной ковки и штамповки уровень роста отдельных показателей составлял один-два порядка (табл. 1.1) [2].

Таблица 1.1

Рост кузнечно-штамповочного производства.

№№ п/п	Основные показатели	Данные по годам
1913г	1940г	1965г	1985г
1.	Количество предприятий с КШП	1·102			свыше
2.	Количество единиц КШО в стране	18·103	119·103	61·104	10·105
3.	Годовой выпуск поковок, тонн из них кованых/штампованных, %	4·105 75/25	15·105 50/50	70·105 40/60	22·106 20/80
4.	Коэффициент использования металла (КИМ) при выпуске поковок	0,15- 0,20	0,25- 0,30	0,40- 0,45	0,55- 0,65
5.	Трудоемкость, затрачиваемая на изготовление тонн., поковок, норма/час	70-80	40-50	25-30	15-20
6.	Выпуск поковок на одного работающего в кузнечных цехах, тонн		15-20	30-40	50-60

Приведенные данные свидетельствуют о том, что развитие отечественного КШП связано как с увеличением объема выпускаемых поковок, так и с улучшением их качества, снижением расхода металла и уменьшением трудоемкости кузнечной обработки. Это соответствует основным путям развития современного КШП в мире, предусматривающим максимальное приближение формы, размеров и качества поверхности поковок к форме, размерам и качеству поверхности готовых деталей при повсеместном сокращении расхода металла, увеличении производительности труда и сокращении трудоемкости металлообработки.

1.2. Характеристики точности и металлоемкости в кузнечно-штамповочном производстве.

Точность поковок, изготавливаемых горячей штамповкой в кузнечно-прессовых цехах России, определена ГОСТом 7505. Он разработан на основе статистических данных, определяющих технический и социальный уровень современного развития кузнечно-штамповочного, механообрабатывающего и термического производства.

Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесса и оборудования для ее изготовления, а также исходя из предъявляемых требований к точности размеров поковки.

Допускаются различные классы точности для разных размеров одной и той же поковки. При этом класс точности определяется по преобладающему числу размеров одного класса точности, предусмотренному чертежом поковки, согласовывается между изготовителем и потребителем и указывается в технических условиях на чертеже поковки.

Отходы металла, которые идут в стружку при получении детали из поковки, складываются из объемов металла на припуски и напуски. Припуски – предусмотренное одностороннее увеличение размера поковки по сравнению с номинальным размером детали, обеспечивающее после обработки резанием, термической обработки требуемые размеры детали и шероховатость ее поверхностей. Припуски на обработку резанием назначают в зависимости от класса точности поковки, группы стали, степени сложности и массы поковки, а также шероховатости и размеров детали. Припуск должен учитывать все технологические операции обработки поковок (штамповку, механическую обработку, сварку, вырезку образцов и т.д.). Напуск – увеличение припуска с целью упрощения конфигурации поковки из-за невозможности или нерентабельности ее изготовления с контуром, соответствующим контуру детали. К напускам относятся и штамповочные уклоны.

Допуск – отклонение размеров поковки от номинального, обусловленное неточностью изготовления, недоштамповкой, износом ручья штампа, температурными колебаниями, короблением поковки и т.д.

Точность изготовления поковки, т.е. степень приближения ее к размерам детали, непосредственно влияет на полезный расход металла для изготовления детали. Однако на потери металла при изготовлении детали из поковки влияют и другие факторы. Вся необходимая масса металла для изготовления детали определяется нормой расхода металла. В норму расхода металла на деталь входят масса детали и все потери (отходы) металла на всех этапах технологического процесса от механической разделки проката на заготовки под штамповку до окончательной механической обработки:

, (1)

где

. (2)

Здесь - масса отходов металла, образующаяся при раскрое одного прутка, бунта, рулона на исходные заготовки, кг;

- потери металла, связанные с проведением заводских и внезаводских испытаний изделий, кг;

- масса отхода металла в процессе штамповки в кузнечном цехе (облой, окалина, клещевина, и т.п.), кг;

- масса отхода металла, которая идет в стружку при изготовлении детали в механическом цехе.

Эти потери складываются из потерь от припусков и напусков, величина которых в значительной степени зависят от технического уровня КШП, а также от припусков, связанных с механической и термической обработками.

Характеристиками точности и металлоемкости в КШП служат:

- коэффициент использования металла - ;

- коэффициент использования металла в КШП (или выхода годного) - ;

- коэффициент весовой точности (или выхода годного в механическом цехе) - .

Коэффициент использования металла определяется отношением массы детали к норме расхода металла :

. (3)

Коэффициент выхода годного характеризуется отношением массы поковки к норме расхода металла :

. (4)

В таблице 1 приведены значения этих коэффициентов при производстве поковок различной массы.

Таблица 1

Коэффициент выхода годного в кузнечном цехе от нормы расхода металла.

Производство	Масса штампованных поковок, кг
до 0.25	0.25… 0.63	0.63…1.6	1.6 … 2.5	2.5 … 4.0	4.0 …	10 … 25	25 …	63 …
Серийное	0.5	0.6	0.68	0.73	0.74	0.76	0.78	0.8	0.85
Крупно- серийное	0.65	0.72	0.78	0.82	0.84	0.86	0.88	0.9	0.92

Повышение точности поковок, и коэффициента использования металла в КШП достигается:

- своевременной заменой физически и морально устаревшего оборудования;

- улучшением дозирования заготовок при разделке прутков, бунтов;

- применение кратного проката;

- снижение потерь при нагреве (индукционный, безокислительный нагрев, нагрев в расплавах солей);

- сокращение потерь в заусенец (внедрение процессов выдавливания и штамповки в закрытых штампах, в частности, в штампах с разъемными матрицами);

- штамповкой сложных поковок с получением полостей (например, на многоплунжерных прессах);

- штамповкой сложных оребренных поковок методами изотермической штамповки;

- горячей ротационной вытяжкой;

- сферодвижным прессованием;

- полугорячей штамповкой;

- комбинированием различных способов штамповки.