Модернизация – вторая жизнь кузнечно-прессового оборудования
Для металлургического и автомобилестроительного секторов кузнечно-прессовое оборудование — неотъемлемое звено производственной цепочки. Правда, львиная доля промышленных площадок до сих пор работает с использованием морально устаревшего станочного парка. Такое оборудование уже в разы превысило лимит жизненного цикла, но ещё продолжает функционировать. А всё потому, что предприятия не спешат избавиться от преданных стальных помощников, отправив их в утиль или превратив в «доноров», а наоборот, даёт им вторую жизнь — модернизирует.
Номенклатура нынешнего «штата» кузнечно-прессовых агрегатов практически не изменилась. В эту группу входят молоты и прессы различных модификаций, отличающиеся не только конструкторским исполнением и фактическими возможностями, но и технологическим процессом изготовления деталей в зависимости от вида производства и технико-экономического эффекта.
«Классические конструкции прессового и молотового оборудования за последние десятилетия не претерпели существенного изменения.
Компоновка и основные узлы остаются практически неизменными. Однако для соответствия всё более высоким требованиям качества, производительности и экономичности оборудование требует модернизации», — отмечает начальник лаборатории технологий пластического деформирования материалов МГТУ «СТАНКИН» Никита Толмачёв.
Опыт заводов
За долгие годы в стенах отечественных предприятий выработаны собственные инженерные подходы к переоснащению и доработке станков различных марок, апробированы комплексные решения и пул основных направлений модернизации.
И, чтобы парк кузнечно-прессового оборудования соответствовал современным вызовам, инженеры работают над повышением производительности и уровня механизации и автоматизации, расширением технологических возможностей и эксплуатационных качеств, увеличением срока службы узлов и деталей, компактностью оборудования по весу и габаритам, а также безопасностью эксплуатации машин.
Именно поэтому в числе компаний, занимающихся и капремонтом, и модернизацией станков, много заводов-изготовителей, чей опыт не только базируется на современных разработках, но и затрагивает инженерные наработки советской эпохи.
Так, на предприятии OrangeSteel в рамках масштабного плана комплексного усовершенствования производства провели модернизацию гидравлического ковочного пресса ПА 1343, чьё номинальное усилие достигает 2 000 тонн.
Его ввели в эксплуатацию ещё в 1983 году, и на протяжении всего периода работы он неоднократно вставал на капремонт. Менялись основные узлы, но это не решало технологических проблем, которые напрямую влияли на производительность. Ситуацию нагнетало то, что с годами росла и себестоимость производимой продукции, поскольку пресс функционировал в водной среде в ручном режиме, и точность поковок в процессе изготовления имела разбежку от + 10 до – 10 мм. С таким положением дел на предприятии мириться не стали и приступили к модернизации станка, чтобы затем на его базе создать ковочный комплекс.
Первым делом специалисты OrangeSteel демонтировали оборудование и приступили к замене важных рабочих узлов. На смену насосно-аккумуляторной станции пришла масляная станция прямого действия. Также в списке обновлённых агрегатов оказались рабочие и возвратные цилиндры передвижения стола и подвижная траверса.
Полностью обновили электрооборудование и систему управления, чтобы в дальнейшем комплекс функционировал как ручном, так и в полуавтоматическом режиме. В строй также встали два новых трансформатора, рабочие цилиндры и масляные станции манипулятора МК-10. Благодаря такому инженерному тандему ковочный комплекс стал требовать участия всего трёх работников вместо четырёх: оператора и двух помощников. Впрочем, и сам манипулятор был заменён на более грузоподъёмный — 20-тонник. Конечно, на этом владельцы не остановились и установили на пресс автоматизированный поворотный стол большего диаметра.
«Модернизация кривошипных прессов заключается в оснащении их следующими системами: современными цифровыми системами управления; системой термостатирования штампов; сервоприводами для обеспечения рациональных скоростных режимов штамповки; системой контроля положения подвижной половины штампа для упрощения наладки и исключения случаев поломки, связанных с неправильной наладкой; системой АСУ ТП (автоматизированной системой управления технологическим процессом), обеспечивающей штамповку с заданными температурно-скоростными режимами и высокую повторяемость процесса штамповки, что положительно влияет на качество поковок; автоматической системой нанесения смазки и продувки штампа; системой диагностики состояния узлов и базовых деталей пресса. Такие решения позволяют автоматизировать прессы, а также встраивать их в производственные линии», — утверждает Никита Толмачёв.
Как признались специалисты OrangeSteel, им удалось увеличить номинальное усилие деформирования до 2 500 тонн и уменьшить припуск на поковках до ± 1 мм. Также были снижены издержки и себестоимость и расширена номенклатура продукции по весу до 14 тонн. Более того, теперь управление агрегатами и манипулятором производилось с пульта из кабины оператора, который в своей работе использовал джойстики
и информацию, выводимую на специальное устройство.
Модернизируя детали
Это далеко не единственный пример серьёзного подхода к переоснащению производственных мощностей. Эксперты говорят, что в усовершенствовании кузнечно-прессовых агрегатов немало нюансов, и каждая модель требует глубокого анализа проблем и их локализации.
«Модернизация может коснуться и системы смазки, то есть установки автоматической циркуляционной системы смазки с контролем срабатывания питателей; это может быть и реле давления, и система для контроля срабатывания штока индикатора питателей.
Модернизация с точки зрения воздухопровода или системы подготовки воздуха просто требует замены на современный аналог. По электрооборудованию тоже возможна замена. К примеру, на базе контроллера OMRON мы строим полностью новую систему электрооборудования и программного обеспечения с контролем полного функционирования и работы систем пресса, всё самостоятельно разрабатывая.
Что касается управления, команды аппарата пресса, можем установить всё на базе многооборотного или однооборотного рекордера. Если усовершенствование касается команды аппарата, это однооборотный рекордер, который позволяет вывести цифровую индикацию на дисплей, даже с тачскрином.
Для многооборотных рекордер идёт с цифровой индикацией до десятой доли миллиметров плюс доработка под установку прессов в комплекс. Модернизация также предусматривает оснащение устройствами околопрессовой механизации.
Также подвергается усовершенствованию и устройство выкатки штампа, чтобы облегчить процесс работы либо выкатку штампа, либо гидрозажимов штампа, когда в течение смены требуется многократная замена штампового инструмента. Опять же, мы всё оборудуем под современный ГОСТ и дополнительно предусматриваем оснащение системами лучевой защиты оператора, то есть фотозащиту рабочей зоны», — приводит примеры главный конструктор завода механических прессов Михаил Родионов.
Не обошла стороной модернизация и молот свободной ковки. Инженеры OrangeSteel постарались довести скорость и точность его работы до значений, указанных в техническом паспорте оборудования. Детально, конечно, сам процесс компаниия не описывает, но сторонние эксперты отметили целесообразность переоснащения этого агрегата.
«В молотах наиболее часто производится переделка привода с паровоздушного или пневматического на гидравлический. Гидравлический привод даёт возможность работы в автоматическом режиме, совместно со вспомогательным оборудованием, что улучшает условия труда и снижает производственные риски», — делится мнением Никита Толмачёв.
Моральный износ не всегда смертный приговор для кузнечно-прессового оборудования, поскольку, в отличие от физической амортизации, позволяет дальнейшую эксплуатацию, хотя и с потерей производительности в сравнении с современными аналогами. Однако для серийных производств этот фактор немаловажен, ведь речь идёт об объёмах выпускаемой продукции в установленные сроки.
«Как правило, под производительностью пресса подразумевается всё же не его быстроходность, а количество изделий, изготавливаемых в единицу времени. Соответственно, акцент ставится на проектирование оптимальных технологических процессов, использование качественных штампов и правильную организацию работы штамповщика и системы околопрессовой автоматизации, рациональное использование технических, технологических и конструкционных возможностей оборудования. В частности, создание ГПС (гибких производственных систем) и применение многоручьевой штамповки способствуют повышению производительности», — поясняет Никита Толмачёв.
Незаменимое нужно улучшать
Сегодня предприятия готовы вкладывать средства в модернизацию кузнечно-прессовых агрегатов, чтобы увеличить их мощность и удельные показатели при помощи механизации и автоматизации с сохранением производительности, и экономичности. И даже несмотря на то, что на смену старым кузнечно-прессовым станкам приходят современные аналоги, процесс усовершенствования вряд ли достигнет апогея.
По мнению Михаила Родионова, данное оборудование достаточно востребовано, и заменить какие-то процессы можно. Вырезать, допустим, деталь лазером, а не вырубить, загнуть на листогибном станке. Но листогиб тоже является кузнечно-прессовым оборудованием, которого пока в номенклатуре компании нет, но предприятие старается занять и эту нишу.
Однако с точки зрения внедрения новых технологий на данный момент, эти станки, по словам специалиста, более медленные относительно изготовления деталей методом штамповки, хотя и гораздо более быстрые, чем существующие альтернативные методы. Где единичное производство, там можно заменить одно оборудование другим, а что касается уже массового производства, то по быстроходности кузнечно-прессовое оборудование будет в большем плюсе.
Подтверждением тому, что нет предела совершенству, служат и инженерно-научные изыскания доктора технических наук Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана Владислава Лавриненко. Он опытным путём доказал целесообразность модернизации молота модификации М2140 в заводских условиях. Согласно его экспериментам, эффективность ударного деформирования на ковочных, штамповочных и листоштамповочных молотах зависит от увеличения продолжительности взаимодействия инструмента с заготовкой путём использования бабы молота с наполнителем. А именно, замена стандартной бабы на бабу с наполнителем в виде стальных шариков позволила уменьшить число ударов молота в среднем в 1,1–1,2 раза. Это привело не только к снижению силы деформирования до 1,3 раза, но и к увеличению работы пластической деформации и КПД удара до 1,2 раза. Доказанное повышение энергоэффективности данного кузнечно-штамповочного оборудования обернулось принятием модернизированного станка к промышленной эксплуатации в кузнечном цехе АО «ММЗ «Авангард».
На протяжении последних трёх лет в России динамика производства кузнечно-прессовых станков отметилась как спадом, так и подъёмом. Так, в течение 2020 года российские производители выпустили 3 812 единиц оборудования, а это на 15,5% меньше объёма 2019 года.
Производственный показатель выпуска агрегатов в апреле 2021 года продемонстрировал увеличение на 14,1% к уровню отчётного периода прошлого года и составил 364 штуки.
Текст: Елена Пузевич
