Средние поковки

Когда говорят про средние поковки, многие сразу представляют что-то простое — мол, не огромный вал и не мелкая деталь, значит, и проблем особых нет. На деле же именно этот диапазон — от, скажем, 50 кг до пары тонн — часто оказывается самой головной болью. Тут уже не обойтись кувалдой в кузнице, но и гигантский пресс в 12 тысяч тонн включать ради одной штуки — золотое удовольствие. Именно в этой нише и крутится наша компания, ООО Шаньси Чжунли Фланцы (сайт — https://www.sxzl.ru), которая как раз и заточена под производство поковок из разных сплавов и компонентов оборудования. И я вам скажу, что основная битва за качество и экономику происходит именно здесь, в ?средней весовой категории?.

Что вкладываем в термин ?средние? на практике

В теории всё гладко: есть классификация по массе. Но на нашем производстве ключевым становится не столько вес сам по себе, сколько ?поведение? металла и возможности оборудования. Возьмём, к примеру, фланец для нефтяной задвижки из стали 12Х18Н10Т. Заготовка выходит килограммов на 300. По бумагам — типичная средняя поковка. Но если её делать на слишком мощном гидравлическом прессе, металл в центральной части может не получить нужной осадки — пресс просто ?продавит? его слишком быстро. А на молоте меньшей мощности придётся делать больше ударов, рискуя переохладить заготовку.

Вот и получается, что для нас ?средний? — это в первую очередь технологический вызов. Это поиск того самого оборудования, где и усилие будет адекватным для пластической деформации по всему сечению, и темп работы позволит выдержать температурный режим. Часто оптимальным оказывается старый добрый ковочный вал с правильной настройкой обжимок. Не самое высокотехнологичное решение, но проверенное.

И ещё нюанс — оснастка. Для крупных поковок оснастка делается почти под каждое изделие, это дорого, но оправдано. Для мелких — используют стандартные подкладки. А вот для средних весов часто приходится идти на компромисс: дорабатывать имеющиеся штампы или применять комбинированную свободную ковку с элементами штамповки. Это требует от мастера не просто следовать ТУ, а буквально чувствовать, как ведёт себя слиток в данный момент.

Материал: от легированной стали до суперсплавов

Наша компания, как высокотехнологичное предприятие, работает с разными сплавами. И здесь для средних поковок открывается отдельный пласт проблем. Возьмём, например, поковки из титановых сплавов. Деталь весом в 150 кг — идеальный кандидат в средние поковки. Но титан — материал капризный, с узким температурным интервалом ковки. Перегрел на 30 градусов — пошла избыточная рост зерна, недогрел — трещины. И поскольку масса невелика, остывает такая заготовка быстрее, чем крупная. Приходится буквально бегать с пирометром и постоянно корректировать режим печи.

Был у нас заказ на серию роторных дисков из жаропрочного никелевого сплава. Вес каждого — около 400 кг. Казалось бы, всё просчитано. Но в первых же трёх поковках пошли расслоения в ступице. Разбирались долго. Оказалось, проблема в исходной слиточной ликвации — в средней весовой категории дефекты слитка не ?размазываются? так эффективно, как в многотонной поковке, а концентрируются в конкретных зонах. Пришлось совместно с металлургами-поставщиками пересматривать режимы разливки и гомогенизирующего отжига для слитков именно этого весового диапазона.

С конструкционными же сталями, типа 35ХМ или 40ХН2МА, другая история. Здесь главный враг — внутренние напряжения. После ковки и нормализации казалось бы идеальная деталь при механической обработке вдруг начинает ?вестись?. Особенно это критично для длинных валов или корпусных деталей средней массы. Мы эмпирическим путём пришли к тому, что для ответственных средних поковок из таких сталей почти обязательно делать не просто нормализацию, а двойную нормализацию с промежуточным охлаждением до 300-350 градусов. Лишние сутки в термоцехе, зато потом у токаря не летят резцы и геометрия не плывёт.

Оборудование и его ?характер?

Как я уже упоминал, выбор агрегата — это 50% успеха. На нашем сайте sxzl.ru мы пишем про современные мощности, но в цеху жизнь идёт по своим законам. Есть у нас, например, гидравлический пресс усилием 2000 тонн. В паспорте он идеален для нашего диапазона. Но на практике выяснилось, что его плиты слишком велики для ковки, скажем, небольшого блока цилиндров. Тепло от заготовки рассеивается, края остывают быстрее центра. Пришлось конструировать и изготавливать теплоизолирующие подкладные плиты из жаростойких композитов — простое, но необходимое ноу-хау, которого нет в учебниках.

А вот радиальный-ковочная машина, которую мы приобрели несколько лет назад, стала настоящей рабочей лошадкой для серийных средних поковок типа ступенчатых валов. Но и с ней не без сюрпризов. При отработке технологии для валов из стали 38ХН3МФА столкнулись с проблемой точного позиционирования заготовки при переменном сечении. Автоматика сбивалась, приходилось вводить ручной контроль по ключевым точкам. Сейчас уже наработали свои таблицы поправок, которые оператор вносит в программу в зависимости от конкретной марки стали и температуры в цеху в тот день.

И нельзя забывать про вспомогательное оборудование. Индукционные печи для подогрева — великое дело, но для поковки весом в 700-800 кг нужна очень точная настройка зон нагрева. Один раз недосмотрели — и у заготовки с одной стороны температура 1150°C, а с другой — 1050°C. Ковали вроде бы успешно, а после УЗК обнаружили зону недопрокова в более холодной части. Теперь строгое правило: для ответственных средних поковок обязателен контроль температуры минимум в шести точках по периметру и торцам перед каждым переходом.

Контроль качества: не только УЗК

Все знают про обязательный ультразвуковой контроль для ответственных деталей. Но с средними поковками есть своя специфика. Из-за относительно небольших размеров и часто сложной формы стандартные датчики могут ?не дотянуться? до всех зон. Например, в поковке ?тело вращения с фланцем? всегда есть проблемный переход радиус-цилиндр. Мы для таких случаев вместе с лабораторией разработали специальные насадки на преобразователи и методику сканирования под разными углами. Это увеличило время контроля, но резко снизило процент брака на механическом участке.

Ещё один важный момент — контроль макроструктуры. Для крупных поковок вырезают огромные темплеты, это дорого, но необходимо. Для мелких — часто ограничиваются микроструктурой. А для средних мы взяли за правило делать вырезку на технологических припусках хотя бы у одной детали из партии. Не по ГОСТу, а по внутреннему регламенту. И не зря — как-то раз именно такой вырезок показал начало развития флокенов в сердцевине у поковок из хромомолибденовой стали. Успели скорректировать режим охлаждения после ковки для всей партии.

И, конечно, размерный контроль. Кажется, что с ЧПУ-станками проблем быть не должно. Но поковка — это не точное литьё. Припуски даются, но они должны быть равномерными. Была история с поковками шестерён для редуктора. По чертежу припуск 5 мм по контуру. А в реальности из-за неравномерного износа бойков на молоте в одной партии разброс составил от 3 до 8 мм. Токарям потом пришлось изворачиваться, а одна деталь и вовсе пошла в брак из-за недостатка металла на зубе. Теперь для каждой смены инструмента ведём журнал износа и вводим поправочные коэффициенты в эскизы ковки.

Экономика процесса: где теряем, а где выигрываем

Стоимость средней поковки часто оказывается неожиданно высокой для заказчика. И надо объяснять, почему. Основная статья расхода — не металл, а энергия и трудозатраты. Нагрев заготовки в 100 кг и в 500 кг требует почти одинакового времени и энергии в печи определённого размера. А КПД использования оборудования для штучных средних поковок ниже, чем для массовых мелких или уникальных крупных.

Мы для себя нашли несколько точек оптимизации. Первое — это унификация оснастки. Создали библиотеку стандартных подкладных инструментов и переходников, которые можно комбинировать под разные геометрии. Это сократило время переналадки на 20-30%. Второе — группировка заказов по маркам стали. Стараемся планировать производство так, чтобы в одну смену гнать поковки из схожих по температурному режиму сталей. Это снижает расходы на перенастройку печей и уменьшает риск пересортицы.

Но главный экономический резерв — это снижение брака. Одна забракованная средняя поковка весом в 200 кг — это не только потерянный металл. Это часы работы пресса, мастера, термиста, потраченные киловатты. Поэтому мы в ООО Шаньси Чжунли Фланцы сделали ставку на превентивный контроль и опыт персонала. Инвестировали в обучение кузнецов-операторов, внедрили систему мотивации за сдачу партии с первого предъявления ОТК. Это дало больший эффект, чем покупка ещё одного станка.

В итоге, что хочу сказать. Средние поковки — это не серая масса и не переходный этап. Это отдельная, сложная и интересная область кузнечного дела, где технологии, материалы и человеческий опыт сплетаются воедино. Тут нельзя спрятаться за мощностью пресса или миниатюрностью детали. Требуется постоянный анализ, гибкость и готовность к нестандартным решениям. Именно на этом поле наша компания и строит свою репутацию производителя надёжных компонентов для оборудования. И судя по повторным заказам, мы на правильном пути.