淺談提高環(huán)類零件鍛造材料利用率

文／楊偉·浙江五洲新春集團(tuán)股份有限公司

2023 年已然過去，世界正處在“深刻轉(zhuǎn)變”之際。面對這個復(fù)雜而多變的世界，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品成本的要求愈來愈高。面對如此之現(xiàn)狀，在滿足客戶質(zhì)量和市場需求的前提下，提升產(chǎn)品成材率、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，是提高企業(yè)競爭力的有效手段之一。

通過對我司環(huán)類零件鍛造現(xiàn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)我司部分產(chǎn)品在原材料的選取、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝路徑的選擇及鍛造過程控制上尚存在一些不足，仍有改善提升的空間。為此我司特成立了產(chǎn)品成本分析小組，針對每個產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進(jìn)行核算分析，對有優(yōu)化空間的產(chǎn)品制定降本措施并逐一落實進(jìn)行跟蹤改善，力爭每個產(chǎn)品生產(chǎn)成本最小化。

案例分享

合理選取鋼棒規(guī)格和鋼棒長度

對于采用棒料溫剪切下料方式控制下料重量的鍛造工藝而言，同一產(chǎn)品選取不同規(guī)格的鋼棒或者同一產(chǎn)品選取相同規(guī)格、不同長度的鋼棒，對材料的損耗率存在一定的影響。以我司萬陽 LBS450N 棒料剪切機生產(chǎn)的某一產(chǎn)品為例，說明見表1。

表1 鋼棒規(guī)格及鋼棒長度對材料損耗率的影響

合理設(shè)置料頭、料尾排料個數(shù)

對于采用在線熱剪切下料方式控制下料重量的鍛造工藝而言，基于設(shè)備本身具備在線感應(yīng)測量系統(tǒng)和計算控制系統(tǒng)的鍛造生產(chǎn)線。設(shè)置不同的料頭、料尾個數(shù)對材料的損耗率存在一定的影響。以我司HATEBUR 快速鐓鍛機生產(chǎn)的不同產(chǎn)品為例,說明見表2。

表2 料頭、料尾排料個數(shù)對材料損耗率的影響

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和料芯厚度對下料重量和成材率的影響

同一鍛坯不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和不同的料芯厚度，對應(yīng)不同的產(chǎn)品凈重、下料重量和材料消耗。不同凈重的鍛坯產(chǎn)品直接影響后道熱處理(球化退火、正火或調(diào)質(zhì)等)工序的生產(chǎn)成本和能源消耗。同時不同結(jié)構(gòu)的鍛坯產(chǎn)品也直接影響到后道機加工(車加工或磨加工)工序的生產(chǎn)節(jié)拍效率和刀具壽命。鍛造工序在產(chǎn)品前期的開發(fā)設(shè)計階段，在考慮模具加工、模具壽命和模具成本的前提下，產(chǎn)品鍛坯結(jié)構(gòu)設(shè)計要最優(yōu)化，達(dá)到近凈成形鍛造。以我司HATEBUR 快速鐓鍛機生產(chǎn)的某一產(chǎn)品增加鍛造反向倒角和外徑臺階以及減薄料芯厚度，對鍛坯重量、下料重量及成材率的影響舉例，說明見表3，以及我司DK250E 型輾擴(kuò)機生產(chǎn)的某一齒套產(chǎn)品增加端面輾擴(kuò)臺階對下料重量的影響為例，說明見表4。

表3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和料芯厚度的不同對下料重量和材料成材率的影響

表4 不同結(jié)構(gòu)的熱輾擴(kuò)產(chǎn)品對材料下料重量的影響

鍛造工藝的不同對產(chǎn)品下料重量和成材率的影響

我司軸承套圈鍛造工藝類型多樣化，同一產(chǎn)品可采用多種鍛造工藝實現(xiàn)。不同的鍛造工藝對應(yīng)不同的下料重量和生產(chǎn)成本。鍛造工序在產(chǎn)品前期開發(fā)設(shè)計階段，需針對不同的產(chǎn)品選擇最合理的鍛造工藝類型。以我司HATEBUR 快速鐓鍛機生產(chǎn)的某一圓錐產(chǎn)品和我司熱模鍛HGP1000W 線生產(chǎn)的另一角接觸產(chǎn)品對下料重量和成材率的影響分別舉例說明，見表5和表6。

表5 鍛造工藝不同對下料重量和材料成材率的影響

表6 鍛造工藝不同對下料重量的影響

輾擴(kuò)比系數(shù)不同對產(chǎn)品下料重量和成材率的影響

我司熱輾擴(kuò)鍛坯產(chǎn)品輾擴(kuò)比系數(shù)一般在1.3 ～3.3 之間。對于中大型產(chǎn)品而言，在不影響制坯工序產(chǎn)品生產(chǎn)效率的前提下，加大產(chǎn)品輾擴(kuò)比系數(shù)可減少廢料重量、降低產(chǎn)品的下料重量，從而提升產(chǎn)品的成材率。以我司DK250E 型輾擴(kuò)機生產(chǎn)的某一齒環(huán)產(chǎn)品為例，說明見表7。

表7 輾擴(kuò)比系數(shù)不同對下料重量和材料成材率的影響

模具工裝結(jié)構(gòu)對成材率的影響

對于采用步進(jìn)梁夾持傳送的熱模鍛生產(chǎn)線，為保證鍛造過程中產(chǎn)品夾持傳送的穩(wěn)定性，必須要保證產(chǎn)品從模具型腔里順利脫模。我司生產(chǎn)的某一長桿類產(chǎn)品，在模具潤滑冷卻方式一致的條件下，隨著反向沖頭模具的燒熔磨損，產(chǎn)品頂出過程易出現(xiàn)產(chǎn)品與反向沖頭粘連在一起，導(dǎo)致步進(jìn)梁無法夾持傳送的現(xiàn)象；且反向沖頭成形深度越深，粘模頻次越高。為保證步進(jìn)梁夾持傳送的穩(wěn)定性，我們設(shè)計了一種嵌入撥叉式反向頂出模具結(jié)構(gòu)，解決了因反向沖頭成形深度加深燒熔導(dǎo)致產(chǎn)品粘模，步進(jìn)梁夾持不住產(chǎn)品進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備停機的問題。在保證鍛造生產(chǎn)過程穩(wěn)定的情況下，提升了我們產(chǎn)品的成材率。以我司HFP2500W 熱模鍛線生產(chǎn)的某一三代輪轂法蘭產(chǎn)品為例，說明見表8。

表8 嵌入撥叉式反向頂出模具結(jié)構(gòu)對成材率的影響

產(chǎn)品余量對產(chǎn)品凈重和下料重量的影響

鍛造工序需與下游機加工工序做好產(chǎn)品工藝溝通銜接工作。對于訂單量大的小型球環(huán)產(chǎn)品，機加工工序在加工產(chǎn)品外徑和高度時，可以考慮以磨削工藝代替車削工藝，這樣可以減少鍛坯產(chǎn)品外徑和高度方向的設(shè)計余量，降低產(chǎn)品凈重和下料重量的同時提升了機加工工序生產(chǎn)效率。以我司HATEBUR 快速鐓鍛機生產(chǎn)的某一球環(huán)產(chǎn)品采用以磨代車工藝對產(chǎn)品凈重和下料重量的影響舉例，說明見表9。

表9 產(chǎn)品余量對凈重和下料重量的影響

投入與產(chǎn)出獎懲機制對材料利用率的影響

鍛造工序間設(shè)定產(chǎn)品生產(chǎn)投入與產(chǎn)出獎懲機制，從原材料領(lǐng)用到產(chǎn)品流出，做到下游對上游的核驗工作，發(fā)現(xiàn)異常問題及時查找分析并糾正，做到每個產(chǎn)品材料盈虧一清二楚。加強鍛造生產(chǎn)過程的監(jiān)控機制，嚴(yán)格按照鍛造作業(yè)指導(dǎo)書和過程管理規(guī)范要求執(zhí)行，減少因生產(chǎn)試模調(diào)機和產(chǎn)品調(diào)試過程造成的材料浪費和產(chǎn)品報廢。對于難度系數(shù)大的復(fù)雜產(chǎn)品，調(diào)機試模的時候可以安排高水平的調(diào)試人員進(jìn)行調(diào)模，減少試驗過程中帶來的材料浪費和能耗損失。

結(jié)束語

以上是結(jié)合我司的具體情況介紹了提高環(huán)類零件鍛造材料利用率的幾種常用方法，實際鍛造生產(chǎn)過程中并不局限于單一方法的使用，某些產(chǎn)品幾種方法的結(jié)合運用會更好。提高材料的成材率是一個系統(tǒng)的、長期的工作，在當(dāng)今激烈的市場競爭中，企業(yè)唯有保證在提供給客戶最優(yōu)產(chǎn)品的前提下，強化成本意識、力爭控制生產(chǎn)投入成本最小化，產(chǎn)出最大化，才能夠使企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的良性發(fā)展。