CC BY
4
УДК 621.777.06
DOI: 10.24412/0321-4664-2024-1-49-52
ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ НАЛАДКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРЕСС-ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Валерий Владимирович Авдеев1, канд. техн. наук, Илья Михайлович Авдеев2, Александра Николаевна Басова3
1 Независимый эксперт, Москва, Россия, e-mail: valavdeеv@yandex.ru
2 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва, Россия
3 Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Москва, Россия
Аннотация. На основе анализа факторов, влияющих на жизненный цикл различных элементов прессовой инструментальной наладки, даны рекомендации по увеличению стойкости различных элементов прессового инструмента. Предложена формула, позволяющая прогнозировать возможную стойкость прессовых матриц в конкретных условиях ее эксплуатации.
Ключевые слова: прессовый инструмент; матрица; стойкость; инструментальная сталь; эксплуатация прессового инструмента
Ways to Increase the Life Cycle of the Pressing Tool Components Used for Manufacture of Extruded Products from Aluminum and its Alloys. Cand. of Sci. (Eng.) Valery V. Avdeev1, Ilya M. Avdeev2, Alexandra N. Basova3
11ndependent expert, Moscow, Russia, e-mail: valavdeеv@yandex.ru
2 National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia
3 Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow, Russia
Abstract. Based on an analysis of factors influencing the life cycle of various components of pressing tools, some recommendations are given how to increase the durability of various components of pressing tools. A formula has been proposed that allows one to predict the possible durability of press dies operating under specific conditions.
Keywords: pressing tools; die; durability; tool steel; operation of pressing tools
Одним из важных элементов при производстве пресс-изделий из алюминия и его сплавов является прессовый инструмент. От его конструкции, материала, технологии изготовления, условий эксплуатации, обслуживания и хранения зависит продолжительность жизненного цикла, качествo пресс-изделий как с точки зрения точности геометрических размеров, так и качества поверхности пресс-изделий, производительности при прессовании, сроков эксплуатации и сроков выполнения заказа, а следовательно, и себестоимость производства пресс-изделий.
В состав типовой прессовой наладки обычно входят следующие элементы: мундштук, пресс-штемпель, втулка контейнера, промежу-
точная втулка, контейнер, пресс-шайба, большое опорное кольцо, подпорное кольцо, опорное кольцо, подкладка, матрица, матрицедер-жатель (см. рисунок) [1].
При прессовании бесшовных труб дополнительно входит игла, определяющая внутреннюю конфигурацию бесшовной трубы.
Для понимания путей увеличения жизненного цикла элементов прессовой наладки необходимо знать и учитывать влияющие на него факторы. Анализ работы прессового инструмента выявил следующие основные факторы, влияющие на его жизненный цикл или стойкость. К ним относятся: металлургиче-
:ая тулка,;' ^ Контейнер
Типовая прессовая наладка [1]
ские, технологические, конструкционные, эксплуатационные, организационные.
Практика эксплуатации прессового инструмента показывает следующее распределение влияния указанных факторов на стойкость прессового инструмента.
Распределение значимости различных факторов, %
Металлургические....................3-5
Конструкционные....................8-10
Технологические....................8-10
Эксплуатационные..................65-70
Организационные..................10-15
Рассмотрим влияние каждого фактора на примере прессовой матрицы как наиболее важного элемента прессовой наладки, определяющей точность конфигурации пресс-изделия, качество его поверхности и др.
К ним относятся способы плавки заготовки для изготовления инструмента, а именно: мартеновский, кислородно-конвертерный, индукционный, электродуговой, плазменный, электро-
пресс-шайба шлаковый переплав (ЭШП), другие виды выплавки стали.
Анализ этих факторов показывает, что наиболее эффективным с точки зрения жизненного цикла инструмента является способ электрошлакового переплава утилизированного инструмента. Преимуществами использования заготовок для изготовления прессового инструмента, полученных методом ЭШП, являются:
- при повторном переплаве металл очищается от примесей и газа;
- обеспечивается более мелкая и равномерная структура по всему объему заготовки;
- получение более высокой усталостной прочности инструмента;
- матрица обладает более высоким сопротивлением термическим ударам за счет меньшего количества включений.
Предприятия, использующие данный способ получения заготовок, обладают конкурентными преимуществами не только за счет увеличения срока службы инструмента, но и за счет снижения затрат на приобретение заготовок со стороны. Ряд российских предприятий используют этот способ получения заготовок. Распространенные марки сталей, используемые для изготовления заготовок, приведены в таблице.
Наиболее распространенной сталью для изготовления прессовых матриц является сталь Н13 (Российский аналог 4Х5МФ1С) [2].
В настоящее время применение вольфра-мосодержащей стали для изготовления прессовых матриц ограничено. Использование стали Н13 накладывает определенные огра-
Виды сталей
Стандарт
ВОН1_ЕК ЕЫЮИЧРИЧ) ВБ МБ! ГОСТ
W100 X30WCrV9-3 (1,2581) ВН21 Н21 3Х2В8Ф
W300 Х380гМоУ5 (1,2343) ВН11 Н11 4Х5МФС
W302 Х40СгМ^5-1 (1,2344) ВН13 Н13 4Х5МФ1С
W320 32CrMoV12-28 (1,2365) ВН10 Н10 3Х3М3Ф
ничения на время нахождения в печи нагрева матриц перед прессованием.
Очень важно соблюдать температурный режим нагрева матриц в целях сохранения их эксплуатационных свойств, а значит, и увеличения их жизненного цикла.
Существенно влияют на продолжительность жизненного цикла прессового инструмента, и в первую очередь матриц, конструкционные факторы. В настоящее время при проектировании широко применяется система CAD-CAM [3].
На продолжительность срока службы матриц, применяемых для получения профилей сплошного сечения, влияет использование форкамеры. Последняя позволяет легче управлять характером истечения прессуемого металла через матрицу. Упрощается процедура корректировки матрицы, тем самым увеличивается ее стойкость. Форкамера позволяет также прессовать профили с увеличенным диаметром окружности. Однако ее применение ограничено при прессовании профилей из труднодеформируемых сплавов.
Очень важным при проектировании прессовых матриц является определение высоты рабочего пояска матрицы. При проектировании матриц, безусловно, должна быть обратная связь с технологической службой. Особенно важно для матриц, которые ранее были изготовлены, проведение корректировки как по исполнительным размерам, так и по высотам рабочих поясков различных элементов профиля.
Наиболее существенную долю в определении срока службы прессовых матриц, представляют эксплуатационные факторы, к которым относятся:
- прессуемый сплав (труднодеформируе-мый, лекгодеформируемый);
- техническое состояние пресса;
- конфигурация профиля;
- надежность сопряжения всех частей инструментальной наладки;
- продолжительность рабочего цикла;
- время нахождения в печи подогрева перед установкой на пресс для изготовления товарной продукции;
- количество циклов (постановок на пресс);
- динамика нагружения в начальной стадии прессования;
- степень деформации (вытяжка);
- надежность прижима матричного комплекта к втулке контейнера;
- соосность между втулкой контейнера и матрицей;
- количество корректировок - доводок матрицы с учетом температурно-скоростных условий прессования, прогибов матрицы в процессе прессования, наличия или отсутствия охлаждения, наличия или отсутствия фор-камеры, качества и методов корректировки (вручную или на станке).
При рассмотрении влияния эксплуатационных факторов следует учитывать следующие:
- стойкость марицы, используемой при прессовании труднодеформируемых сплавов, будет существенно ниже, чем ее стойкость при прессовании легкодеформируемых. Это связано с природой прессуемого сплава, так как для прессования профилей из этих сплавов требуется больше усилий, ограничено применение форкамер, увеличено время нахождения матрицы под давление и т. д;
- техническое состояние прессового оборудования влияет на срок службы матрицы по причине, например, нарушения соосности между матрицей и втулкой контейнера. Так как матрица спроектирована с учетом нулевого отклонения осей матрицы и втулки контейнера, а фактически эти оси не совпадают, то требуется соответствующая корректировка рабочих поясков матриц.
Известно, что заводы-изготовители прессового инструмента никогда не указывают гарантированное или даже предположительное количество в метрах или килограммах профилей, которое можно получить с заказываемой матрицы и другого инструмента. Это обстоятельство объясняется и связанно именно с тем, что при эксплуатации матриц все факторы действуют одновременно и выделить какую-то одну причину очень сложно, исключение могут составить только случаи, например, металлургических дефектов в заготовке для изготовления матриц в виде включений или каких-либо других. Поэтому прогнозировать стойкость матрицы довольно сложно. Заводы, производящие пресс-изделия пользуются статистическими данными по фактическому съему продукции с одной прессовой наладки.
С целью установления объективных критериев, оценивающих работу инструмента, а также оперативного и быстрого подсчета стойкости прессовых матриц предлагается эмпирическая формула расчета, учитывающая максимально возможное количество факторов,
С - р См - К К К '
где СМ - расчетная стойкость матрицы, кг;
Р - максимально возможная стойкость матрицы при принятых стандартных условиях эксплуатации для данного пресса, определяется на основе обработки статистических данных или экспертных оценок, кг;
К1, К2, ..., К - коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов.
Анализ работы инструмента на ряде заводов по производству прессованных профилей из алюминия и его сплавов показывает, что значения этих коэффициентов для каждого предприятия существенно отличаются в зависимости от применяемых сталей для изготовления матриц, их конструкций, условий эксплуатации и т.д. В то же время следует иметь в виду, и на это обращается особое внимание, что нет необходимости учитывать все факторы, а для каждого конкретного производства выбирать только те из них, которые являются основными или определяющими и которые следует учитывать в первую очередь, а степень влияния остальных принять как постоянную величину.
Для объективной оценки работоспособности (стойкости) прессовых матриц, в первую очередь, по нашему мнению, основанной на опыте их эксплуатации, должны быть учтены: технологические свойства прессуемого алюминиевого сплава (легкодеформируемый или трудно деформируемый); количество постановок матрицы на пресс; группа сложности профиля (по каталогу или по соотношению периметра к площади поперечного сечения профиля); степень деформации (коэффициент вытяжки); усилие пресса.
О необходимости учета тех или иных факторов и конкретных значений коэффициентов можно судить, только изучив реальные условия эксплуатации матриц в определенных условиях их работы.
Контрольные расчеты, проведенные по предлагаемой формуле, показали практическое совпадение расчетных и фактических данных стойкости прессовых матриц.
Для подсчета стойкости остального инструмента также предлагается для практического применения следующая эмпирическая формула:
= К1С м,
где Э, - стойкость рассчитываемого вида инструмента (контейнера, втулки контейнера, пресс-штемпеля, подкладки, матрицедер-жателя, пресс-шайбы фиксированной), т; К - коэффициент, учитывающий вид соответствующего инструмента (контейнера, втулки контейнера, пресс-штемпеля, подкладки, матрицедержателя, пресс-шайбы фиксированной); СМ - стойкость матрицы (расчетная или фактическая), т.
Значение коэффициента К для приведенных видов инструмента
Инструмент К
Контейнер......................800-1000
Втулка контейнера..................30-50
Пресс-штемпель ................... 60-80
Матрицедержатель.................15-20
Подкладка.......................1,5-2,5
Пресс-шайба (фиксированная)........10-25
Выводы
1. Систематизированы факторы, влияющие на стойкость прессовых матриц. Проведен их качественный анализ.
2. Предложена формула для подсчета прогнозируемой стойкости матриц.
3. Предложено соотношение между стойкостью матриц и другими видами прессового инструмента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Laue K., Stenger H. Extrusion: processes, machinery, tooling. American Society for Metals, 1981. 457 c.
2. Extrusion Dies & Tooling Manual. Recommended Handling and Maintenance. Aluminum Extruders Council
3. Баузер М., Зауер Г., Зигерт К. Прессование / Пер. с нем. под ред. Бережного В.Л. М.: Алюсил МВиТ, 2009. 922 с.
REFERENCES
1. Laue K., Stenger H. Extrusion: processes, machinery, tooling. American Society for Metals, 1981. 457 p.
2. Extrusion Dies & Tooling Manual. Recommended Handling and Maintenance. Aluminum Extruders Council
3. Bauzer M., Zauyer G., Zigert K. Pressovaniye / Per. s nem. pod red. Berezhnogo V.L. M.: Alyusil MViT, 2009. 922 s.
