Проектирование кузнечного завода
Обработка металла зародилась еще в каменном веке. Кузнечное дело считается одним из древнейших ремёсел после обработки камня. Древнейшие металлические изделия, найденные при раскопке имеют возраст более 8000 лет.
Кузнецы были многопрофильными специалистами. Они могли выплавить как предметы бытового назначения, так и оружие, орудия труда и многое другое. Древние кузницы как объекты повышенной пожароопасности располагались на окраинах жилых территорий.
Хоть древние кузницы значительно отличались от современного кузнечного производства, но основные технологические процессы в них были одинаковые – термический нагрев и механическая обработка металлов, получение металлов из руды, придание предметам определенной формы.
Современные кузнечные заводы способны выполнить любые запросы. Но зачастую их услугами пользуются крупные сферы промышленности – металлургическая промышленность, автомобилестроение, приборостроение и т.д.
По характеру производства проектируемые кузнечные заводы можно разделить на:
- специализированные (преобладает массовое и крупносерийное производство);
- универсальные (преобладают среднесерийное, мелкосерийное и единичное производство).
По объему производства проектируемые кузнечные заводы можно разделить на:
- мелкие (до 10000 т в год);
- средние (10000-50000 т в год);
- крупные (свыше 50000 т в год).
По технологическому процессу проектируемые кузнечные заводы можно разделить на кузнечные заводы ковки, кузнечные заводы объемной штамповки и кузнечные заводы смешанного типа.
По установленному оборудованию кузнечные заводы бывают:
- прессовые
- молотовые
- смешанные (когда установлены оба типа кузнечного оборудования).
Выбор вида проектируемого кузнечного завода зависит от типа выпускаемой продукции и способе ее получения. Ведь для производства разных технологических операций может понадобиться различное технологическое оборудование.
Проектирование кузнечного завода проектной организацией должно начинаться с технического задания на проектирование, в котором будут прописаны основные требования к будущему проекту. Прежде всего, это касается технологической линии проектируемого кузнечного завода. Чтобы понимать какое оборудование должно быть заложено в проект и в каком технологическом порядке, рассмотрим основные технологические процессы кузнечного завода.
Горячая объемная штамповка – может производиться на кузнечном заводе при помощи молото и кривошипных горячештамповочных прессов (КГШП). На молотах – для деформирования круглых в разрезе поковок с удлиненной осью. На прессах КГШП выполняют поковку изделий с повышенной точностью, имеющие более сложную форму. При многопереходной горячей штамповке на кривошипных горячештамповочных прессах может применяться технология вальцовки.
Гидравлические прессы используют на кузнечном заводе для штамповки с выдавливанием и последующим вытяжением, с утончением стенки изделия (например, для штамповки корпусов баллонов и гильз).
Горизонтально-ковочные машины на проектируемом кузнечном заводе используют для штамповки от прутка или с использованием мерной заготовки, применяются для производства поковки колец, втулок и стержневых деталей.
Технология радиального обжатия используется для изготовления ступенчатых валов, стволов стрелкового оружия.
Проектируемый кузнечный завод может быть представлен следующими подразделениями:
1. Производственные – помещения проектируемого кузнечного завода, в которых непосредственно происходят технологические процессы. Например, заготовительное отделение, штамповочные отделения, отделения холодной обрезки, отделения правки чеканки и т.п.
2. Вспомогательные – помещения проектируемого кузнечного завода, где производится ремонт и обслуживание агрегатов, машин.
3. Складские помещения проектируемого кузнечного завода – для хранения материалов, деталей и готовых изделий. Например, склады металла, облоя, поковок, заготовок, запчастей.
4. Служебные – помещения проектируемого кузнечного завода, где находятся различные службы, устройства, лаборатории.
5. Административно-бытовые помещения проектируемого кузнечного завода (столовая, санчасть, душевые, раздевалки, санузлы и т.п.).
Проектирование кузнечного завода мелкосерийного производства предполагает организацию производства по групповому принципу – каждому технологическому процессу соответствует свое отделение.
Проектирование кузнечного завода с крупносерийным производством должно обеспечивать поточность механизированных линий, наличие автоматических линий на отдельных участках.
Проектирование кузнечного завода с массовым производством характеризуется наличием комплексных автоматических линий с операциями, объединенными технологическими связями и обеспечивающими выпуск продукции с заданным темпом.
При проектировании кузнечных заводов крупносерийного и массового производства зачастую используют многопозиционные штамповочные автоматы – применяются для получения готовых изделий из штучных заготовок, металлической ленты или полосы. Данные агрегаты производят такие технологические операции, как вырубка, вытяжка, пробивка и обрезка.
Горячештамповочные прессы кривошипного типа (КГШП) получили широкое применение при проектировании кузнечных заводов. Данное оборудование кузнечного завода предназначено для объемной штамповки горячих заготовок. В результате технологического процесса изготавливают сложные детали, имеющие выступы и впадины.
При проектировании кузнечного завода, занимающегося выпуском мелкой продукции в проекте обязательно предусматривают пневматические штамповочные молоты, для продукции среднего размера – паровоздушные молоты. Пневматические штамповочные молоты кузнечного завода производят горячую объемную ковку изделий из различных сплавов. Принцип работы основан на преобразовании механической энергии в ударную массу.
Штамповочные паровоздушные молоты являются одним из основных видов оборудования проектируемого кузнечного завода, используемого при изготовлении изделий массой до нескольких десятков килограммов. Принцип работы паровоздушного молота на кузнечном заводе основан на ударах, который наносит, молот по заготовке, закрепленной на нижней части штампа.
Производство изделий средней и крупной размерности на проектируемом кузнечном заводе также может производиться при помощи гидравлических прессов простого, двойного и тройного действия. Прессы двойного действия – кривошипные прессы с двумя ползунами. К наружному ползуну пресса прикрепляется прижимное кольцо, а к внутреннему — пуансон. Для штамповки более сложных деталей на проектируемом кузнечном заводе используют прессы тройного действия.
При производстве кузнечным заводом кольцевых и круглых в сечении изделий в проекте закладывают горизонтально-ковочные машины, которые предназначены для горячей штамповки поковок от мерных заготовок или прутка в многоручьевых штампах. Могут выполнять следующие технологические операции: высадка, прошивка, просечка, пережим, отрезка, гибка.
Станы поперечно-винтовой прокатки закладываются в проекте кузнечного завода для получения заготовок под последующую их обработку на горизонтально-ковочных машинах или на штамповочных молотах и прессах с целью увеличения производительности и снижения себестоимости, а также для изготовления деталей типа валов малых диаметров.
В проекте кузнечных заводов не стоит забывать о кривошипных закрытых обрезных прессов для обрезки облоя.
Индукционные или пламенные печи – обязательная составляющая проектов кузнечного завода, ведь именно там происходит нагрев заготовок перед штамповкой.
2. Линия горизонтально-ковочных машин (ГКМ). ГКМ могут быть установлены в зданиях различной пролетности в один или два ряда. Нагревательные установки при этом устанавливаются в проекте в одну линию с горизонтально-ковочными машинами. При проектировании крупносерийного и массового производства в проекте кузнечного завода применяют индукционные нагреватели.
3. Линия штамповочных прессов. При поперечном грузопотоке в проекте кузнечного цеха применяют линии со штамповочными прессами и штамповочными автоматами. Есть два варианта схем расположения штамповочных прессов в проекте кузнечного завода:
- линии из нагревательных установок, штамповочного и обрезного прессов располагают в одном пролете, обеспечивая возможность проезда с двух сторон от них. Таким образом нагревательные установки располагают в проекте по прямой вдоль одного проезда, а прессы вдоль другого.
- при проектировании кузнечного завода массового или крупносерийного производства транспортировку материалов и готовых изделий производят по боковым проездам при помощи напольных транспортеров.
На сегодняшний день проектирование кузнечных заводов при помощи автоматизации промышленных процессов способно максимально облегчить труд рабочих завода и минимизировать вредные производственные факторы, влияющие на здоровье рабочих. Основные процессы проектируемого кузнечного завода, подлежащие автоматизации:
1. Нагрев материала – использование в проекте кузнечного завода методов электрического нагрева заготовок индукционным способом или методом сопротивления.
2. Использование в проекте кузнечного завода ковочных манипуляторов для механической подачи материалов в рабочую зону.
3. Применение в проекте кузнечного завода специального автоматизированного штамповочного и ковочного оборудования.
4. Автоматизация управления молотами и прессами в проекте кузнечного завода.
5. Автоматизация перемещения штампованных изделий и полуфабрикатов от одного агрегата к другому в проекте кузнечного завода.
6. Автоматизация включения и выключения оборудования при сбое при проектировании кузнечного завода.
7. Использование роботов для подачи заготовок и сбора готового продукта на проектируемом кузнечном заводе.
Рассмотрим основные виды материалов, применяемых на кузнечных заводах.
Для ковки и горячей штамповки на кузнечных заводах используются деформируемые сплавы – металлы, стали, алюминий, магний, медь. Основной материал на кузнечном заводе – сталь.
Кроме сталей, для ковки и горячей объемной штамповки применяют алюминиевые, магниевые, медные, титановые сплавы, а также жаропрочные сплавы; основными составляющими элементами которых являются железо, хром, никель, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий и др.
Обычно заготовками для ковки и объемной штамповки цветных металлов и сплавов служат прессованные или катаные прутки и слитки.
Лидирующим материалов в кузнечном производстве является сортовой прокат. Он может иметь различное сечение – круглое, квадратное, прямоугольное.
Стальные заготовки для ковки и объемной штамповки представляют собой слитки, сортовой прокат и блюмы (от англ. bloom, блюмс, блум — полупродукт металлургического производства в виде заготовки квадратного сечения со стороной свыше 140 мм, получаемой из слитков прокаткой на блюминге или из жидкого металла на машинах непрерывного литья).
Слиток используется в качестве заготовки для крупных кованых поковок, для объемной штамповки слитки применяются редко. Блюмы используют в качестве заготовок для средних по массе поковок, а также для крупных штампованных поковок. Длина блюма может составлять от 1 до 6 м.
Помимо основных, используемых непосредственно в производственном процессе кузнечного завода материалов, проектом должны быть предусмотрены места для хранения вспомогательных материалов – масла, смазки, огнеупоры, чистящие материалы, добавки.
Вспомогательные помещения кузнечных заводов
При проектировании кузнечного завода разработке подлежат помещения различного характера. Про проектирование производственных помещений кузнечного завода было много сказано выше, сейчас же поговорим о проектировании вспомогательных помещений кузнечного завода.К таким помещениям относятся различные службы, ремонтные мастерские, склады.
При разработке проектной документации кузнечного завода обязательно должны быть предусмотрены ремонтные мастерские - для ремонта оборудования завода, для обслуживания инструментов и приспособлений, для ремонта электрического оборудования.
Складские помещения кузнечного завода в проекте должны быть разделены по категориям хранящихся в них продуктов. Склад заготовок используют в проекте кузнечного завода для хранения материалов, используемых в поковке. Склад поковок должен располагаться в конце потока технологических операций. Склад штампов располагается между технологическими линиями, использующих штампы. При разработке проектной документации кузнечного завода должны быть предусмотрены также промежуточные склады полуфабрикатов и склады запасных частей.
Проектирование кузнечного завода – отличное решение для организации производства как на территории действующих предприятий, так и в качестве самостоятельного вида промышленности. Наш опыт проектирования промышленных предприятий дает право утверждать, что проектирование кузнечного завода под силу не каждому специалисту. Наш комплексный подход к любой задаче поможет справиться с любой проблемой в данной сфере проектирования промышленных площадок.