Малоотходные технологии при листовой штамповке деталей в штампах последовательного действия

УДК 621.983

МАЛООТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ ДЕТАЛЕЙ В ШТАМПАХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО

ДЕЙСТВИЯ

А.Н. Малышев, С.А. Бысов

Проведено экспериментальное исследование внедрения заготовок с фигурными краями в процесс штамповки деталей, осуществляемый в штампах последовательного действия. Определена экономически целесообразная область применения заготовок с фигурными краями. Описан процесс их внедрения на действующем штамповочном производстве на примере детали «Кожух защитный».

Ключевые слова: штамповка, штампы последовательно действия, заготовки с фигурными краями, анизотропия.

В настоящее время листовая штамповка имеет достаточно интенсивное развитие, особенно в автомобилестроении, где из-за постоянно меняющегося дизайна деталей современных автомобилей растет потребность изготовления новой штамповой оснастки, отвечающей требованиям современного производства.

Факторами, которые обеспечивают и поддерживают непрерывное совершенствование и развитие штамповочного производства, являются развитие роботизированных и автоматизированных систем загрузки заготовок, передачи полуфабрикатов между операциями (для автоматизированных линий) и между штамповочными позициями (для штампов последовательного действия); стандартизация и унификация покупных элементов штампов (колонки, втулки, направляющие, быстросъемные пуансоны и т.д.); развитие и внедрение систем на базе программируемых логистических контроллеров PLC, предназначенных управлять системами жизнеобеспечения прессового оборудования, отслеживать положение узлов и механизмов, информировать в режиме реального времени о состоянии пресса, участка или автоматизированной линии в целом, и обеспечивать надежность и гибкость технологических процессов, а также повышать безопасность и комфорт обслуживанияи т.д.

В листовой штамповке одной из основных задач является повышение коэффициента использования материала при сокращении количества штамповочных операций и снижении удельных деформирующих сил, а также более интенсивное внедрение и применение комбинированных методов и непрерывная разработка новых технологических операций обработки давлением с учетом применения новых материалов как для изготовления оснастки, так и для производства деталей.

Для того, чтобы достичь успехов в любом бизнесе, предприятие должно быть нацелено на непрерывное улучшение качества при снижении материалоёмкости и соответственно стоимости выпускаемой продукции.

160

Относительно листоштамповочного производства уменьшение материалоемкости выпускаемой продукции касается рационального изменения и адаптации конструкции деталей, что может быть достигнуто введением различного рода ребер жесткости, стандартизованных и унифицированных галтелей, отверстий, пазов, что в свою очередь, как правило, снижает стоимость технологической оснастки.

При стремлении снизать материалоемкость и стоимость продукции в целом особое внимание следует уделять материалоёмкости заготовительного производства, а именно, тщательно прорабатывать размеры заготовки на этапе конструирования штамповой оснастки, а также стремиться уменьшить размеры исходной заготовки в течение серийного выпуска штампованных деталей, что, например, компания АВТОВАЗ и альянс «Renault-Nissan» активно реализуют в рамках японской стратегии Monozukuri [1].

Снижение материалоемкости при листовой штамповке напрямую зависит отдоли отходов при выполнении разделительных операций, которая может быть минимизирована путем рационального раскроя материала [2].

Также снижение материалоёмкости заготовительного листоштам-повочного производства и изделия в целом может быть достигнуто путем использования различных новых прогрессивных типов заготовок, например, таких, как сварные заготовки [3], в том числе разнотолщинные и профилированные катаные заготовки [4].

Как известно, экономия металла и уменьшение отходов в холодной листовой штамповке имеют весьма важное значение, особенно в крупносерийном и массовом производстве, так как при больших масштабах производства даже незначительная экономия металла на одном изделии дает в итоге большую экономию [2].

Наряду с применением так называемого безотходного и малоотходного раскроя листового и полосового материала на практике зачастую стремятся использовать отходы от штамповки одних деталей в качестве заготовок для штамповки других деталей. Внедрение такого мероприятия не всегда осуществимо т.к. связано, как правило, с дополнительными расходами, обусловленными необходимостью сбора отходов-заготовок в отдельные контейнеры; накапливанием их необходимого количества, как правило, из-за несоответствия программ выпуска различных деталей; складированием их в стопки и дополнительным ориентированием на паллетах или в контейнерах, если штамповка ведется с автоматизированной подачей заготовок («карточек» или «силуэтов»); введением дополнительной операции контроля геометрии отходов-заготовок; затратами на логистические перемещения и, зачастую, с замороженными капиталовложениями. Также взаимосвязь между штампуемыми деталями и вырубаемыми отходами-заготовками относительно их геометрических размеров и мате-

риала накладывает ограничения на возможность проведения различного рода модификаций, затрагивающих непосредственно как геометрию самой штампуемой детали и заготовки-отхода, так и изменение марки материала, его покрытия и толщины.

Известна работа [5], где для вытяжки осесимметричных, коробчатых и кузовных деталей исследователи применяют круглые, прямоугольные (с обрезанными и необрезанными углами) и фигурные (описываемые прямыми и кривыми линиями) листовые заготовки. С целью увеличения коэффициента использования материала предлагается технологический припуск по краям заготовки (во фланце) для зажима прижимным кольцом штампа выполнять фигурным с одного или нескольких краев заготовки, в виде чередующихся друг за другом выступов и впадин без изменения габаритных размеров заготовки. Промышленные эксперименты исследования [5] были проведены в прессовом цехе АЗЛК для кузовных деталей «крыло заднее» и «панель двери наружная задняя» автомобиля «Москвич», а также в прессовом корпусе ЗИЛа по вытяжке из заготовок с фигурными краями для деталей «панель двери внутренней», «облицовки радиатора» и «панели приборов» автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131. Выполненные эксперименты показали, что использование способа вытяжки деталей из листовых заготовок с фигурными краями обеспечивает экономию листового материала на 3.. .5 % больше по сравнению с известными способами вытяжки из заготовок в виде «карточек» или «силуэтов».

В вышеописанной работе [5] авторы предлагают выполнять резку материала, в том числе широкорулонного проката на линиях поперечного раскроя, фигурными ножами на штучные заготовки.

I >1 (

д в в д в

Рис. 1. Схема резки рулонного проката на штучные заготовки

с фигурными краями

На рис.1 приведена схема резки рулонного проката на штучные заготовки. Если для штамповки деталей из обычных заготовок рулонный прокат длиной Ь разрезается по прямой линии на штучные заготовки длиной В в количестве И1 =Ь/В, то для штамповки деталей из заготовок с фигурными краями рулонный прокат той же длинны Ь разрезается по фигур-

162

ной линии на большее количество штучных заготовок длиной B, т.е. N2=L/(B-A), причем N2>Nj.B этом случае фигурные края у заготовки будут с двух сторон, и на каждой заготовке достигается экономия материала площадью Д-А [5].

Внедрение штучных заготовок с фигурными краями в массовое производство достаточно затруднительно и может быть экономически нецелесообразным т.к. на настоящий момент отсутствуют теоретические расчеты и экспериментальные данные для четкого определения параметров фигурных краев в зависимости от технологических особенностей штамповочных операций, физико-механических свойств и анизотропии материала [6]. К тому же в условиях современного многономенклатурного производства отсутствует возможность унификации формы фигурных краев и их размеров даже для групп заготовок из-за многообразия используемых марок материалов и разброса физико-механических свойств материала разных производителей, а также в связи с периодически возникающей потребностью основных потребителей изменить марку материала уже в серийной жизни изделия. Как следствие, возникает необходимость использовать большую номенклатуру фигурных ножей для линий поперечного и продольного раскроя, что повлечет собой потери времени на их периодическую замену и увеличит стоимость заготовки и детали в целом.

В условиях действующего штамповочного производства на предприятии ООО «АВТОЛИТ» (г. Калуга) была выполнена практическая исследовательская работа, в рамках которой согласно рекомендациям [7] и [8] был спроектирован и изготовлен штамп последовательного действия для изготовления детали «Кожух защитный» (рис.2) из оцинкованной стали DX57DZ140 толщиной 2,2 мм. Штамп последовательного действия имеет пять позиций для реализации ряда разделительных и формообразующих операций, указанных в таблице. В качестве заготовки была принята плоская «карточка» с фигурными краями, форма которыхбыла разработана согласно результатов исследования [5], а геометрические параметры -с учетом рекомендаций работы [9], в которой рассмотрена схема построения профильной заготовки с учетом влияния плоскостной анизотропии, а также исследования [10], где на основе анализа деформированного состояния установлено, что плоская деформация во фланце заготовки реализуется по контуру криволинейной поверхности, радиус которой определяется величиной показателей плоскостной анизотропии, а также уточнена и упрощена формула для определения размеров заготовки, исключающей фес-тонообразование.

Процесс штамповки реализован на листоштамповочном многопозиционном прессе AIDA FT2-40 номинальным усилием 4000 кН, который входит в состав штамповочного комплекса, включающего разматывающее, правильное и подающее устройства. Перемещение детали (заготовки) между штамповочными позициями осуществлялось грейферными линейками.

Рис.2. Деталь «Кожух защитный»

Контрольные измерения, визуальный и тактильный контроль детали «Кожух защитный», которая изготовлена штамповкой по вышеописанной технологии (рис. 3), не выявили наличия утяжин, трещин, сколов, разрывов или каких-либо других дефектов, и установили соответствие всех полученных параметров штампованной детали требуемым.

л «!>.(> дляпзготовления -дгпикяи-яКожух

•ащитныйЩ

Рис. 3. Технология изготовления детали «Кожух защитный»

Экономический эффект внедрения листовых заготовок с фигурными кромками в процесс штамповки детали «Кожух защитный» по сравнению с общепринятым процессом штамповки из «карточки» с прямолинейными краями составил 5 % исходного материала и может варьироваться в зависимости от геометрических параметров фигурных кромок.

Таким образом, экспериментально установлено, что использование заготовок с фигурными краями целесообразно внедрять при изготовлении деталей штамповкой из рулона в штампах последовательного действия при перемещении детали (заготовки) между операциями посредством грейферных линеек или трансферного механизма.

Настоящее исследование показывает, что дальнейшая разработка, совершенствование и внедрение заготовок с фигурными кромками в новый (на этапе разработки и проектирования) или в существующие (при модернизации) технологические процессы штамповки будут иметь экономический эффект посредством увеличения коэффициента использования материала.

Список литературы

1. «АвтоВАЗ» снизил убытки благодаря методу «монозукури». [Электронный ресурс] // lenta.ru. Бизнес. URL: https://lenta.ru/news/2017/ 02/10/ avtovaz pl/ (дата обращения: 31.07.2017).

2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд. Л.: Машиностроение, 1979.

3. Хайруллин Т.В., Столбов В.И. Применение листовых сварных заготовок для штамповки деталей в аэрокосмической и автомобильной промышленности // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Авиационная и ракетно-космическая техника. №3(27). 2011. С. 20 - 27.

4. Manufacturing of sheet metal parts from tailor rolled blanks / Gerhard Hirt, Cornel Abratis, Jochen Ames, Alexander Meyer // Journal for Technology of Plasticity. 2005. Vol. 30. N 1 - 2.

5. Малоотходная вытяжка деталей из листовых заготовок с фигурными краями / В.А. Жарков, Г.П. Тетерин, Е.Ю. Верхов, Б.С. Самойлов, В.Ф. Заруцкий, А.И. Богатырев // Кузнечно-штамповочное производство. 1983. №7. С.13 - 27.

6. Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Штамповка анизотропных заготовок. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

7. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / подобщ. ред. С.С. Яковлева; ред. товет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.

8. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки // Ф.В. Гречников [и др.]; под общ. ред. А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1985. 184 с.

9. Коротков В.А., Юдин Л.Г., Яковлев С.П. Влияние анизотропии механических свойств материала при многооперационной вытяжке // Куз-нечно-штамповочное производство. 1987. №6. С. 31 - 32.

165

10. Гречников Ф.В. Анализ влияния анизотропии на деформированное состояние фланца при осесимметричной вытяжке // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. №12. С. 12 - 14.

Малышев Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., Im-kf.mgtii a inhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,

Бысов Сергей Александрович, канд. техн. наук, доц., lm-kf.mgtua inhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана

LO W-WASTE TECHNOLOGIES IN SHEET STAMPING OF PARTS IN TRANSFER DIES

A.N. Malyshev, S.A. Bysov

The article is devoted to an experimental researching of the introduction of blanks with shaped edges in the process of stamping parts carried out in transfer dies. The economically feasible frame of application of blanks with shaped edges is defined; the process of ones introducing in the operating stamping production is described on the example of the "Protective cover ".

Key words: stamping, transfer dies, blanks with shaped edges, anisotropy.

Malyshev Alexander Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kf.mgtua inhox.ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (Kaluga Branch),

Bysov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kf.mgtнainhox.ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University