Подовження утилізаційного ресурсу штампів для горизонтально-кувальних машин

Автор(и)

  • В.Ю. Іващенко ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Ukraine
  • В.В. Кухар ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4863-7233

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.42.2021.240676

Ключові слова:

штамповий інструмент, сталь, структура, твердість, термічна обробка, робоча стійкість, ресурсозбереження, утилізаційний ресурс

Анотація

Проаналізовані тенденції впровадження у різних країнах світу принципів «зеленої» або циркулярної економіки стосовно до ковальсько-штампувального виробництва та шляхи підвищення робочої стійкості інструменту та вибору доцільного процесу утилізації як комплексного утилізаційного ресурсу штампового інструменту. Для порівняння наведено опис ситуації в Україні. Показано, що малогабаритні штампи у порівнянні з крупно- та середньогабаритними мають значно меншу ресурсоефективність, бо не підлягають відновленню та відпрацьовують лише один робочий термін. До того ж стійкість штампів однієї конструкції дуже варіюється залежно від типу руйнування, який обумовлений стохастичним комплексом чинників: хімічною неоднорідністю сталі, технологічними переробками заготовки під штамп, якістю обслуговування, станом обладнання та ін. Уповільнення процесу відходоутворення можна досягти використанням якіснішого інструменту, якій витримуватиме більшу кількість кувальних циклів. Встановлено причини виходу з ладу штампів із сталі 5ХНМ для горизонтально-кувальних машин, виявлено взаємозв’язок між стійкістю та особливостями руйнування робочих поверхонь. Виявлена залежність терміну виходу з ладу штампів із сталі 5ХНМ від характеру руйнування гравюри штампа, який в свою чергу обумовлений особливостями структури та рівнем твердості сталі у термічно обробленому стані. Показано, що заходи, спрямовані на подолання основних причин розтріскування, в тому рахунку використання режимів термічної обробки, які підвищують хімічну, структурну однорідність та ударну в’язкість сталі, запобігають передчасному руйнуванню робочих поверхонь і сприяють подовженню утилізаційного ресурсу штампового інструменту. Наведено результати тестування стійкості штампів, для яких був врахований напрямок осі прокатки заготовки під штамп та застосована нова термічна обробка – термоциклічна обробка з подальшим гартуванням та відпуском на твердість 44-48 HRC. Робоча стійкість таких штампів зросла на 68%.

Біографії авторів

В.Ю. Іващенко , ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Кандидат технічних наук, доцент

В.В. Кухар , ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Доктор технічних наук, професор

Посилання

Перелік використаних джерел (ДСТУ):

Product design for resource efficiency: Background paper / W. Ijomah, T.C. McAloone, W.R. Stahel, J.-E. Sundgren, J. Ahlqvist. – Stockholm, 2014. – 22 p. – Mode of access: http://www.mistra.org/wp-content/uploads/2018/01/Product-design-for-resource-efficiency.pdf.

Stahel W.R. The Utilization-Focused Service Economy: Resource Efficiency and Product-Life Extension / W.R. Stahel // The Greening of Industrial Ecosystems. – Washington, DC: National Academy Press, 1994. – Pp. 178-190.

Oosterhuis F.H. Product policy in Europe: new environmental perspectives / F.H. Oosterhuis, F. Rubik, G. Scholl. – Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1996. – 313 p. – Mode of access: https://doi.org/10.1007/978-94-009-0277-0.

A novel green design method using electrical products reliability assessment to improve re-source utilization / J.-G. Zhou, L.-L. Li, M.-L. Tseng, A. Ahmed, Z.-X. Shang // Journal of Industrial and Production Engineering. – 2021. – Mode of access: https://doi.org/ 10.1080/21681015.2021.1947402.

Федорчук Я. Циркулярна економіка. Організаційно-правові аспекти / Я. Федорчук, Д. Серветник. – Режим доступу : https://www.businesslaw.org.ua/circle-economic-t.

Tanaka I. Promotion of Resource Efficiency in Japan – through 3R (Reduce, Reuse and Re-cycle) policies / I. Tanaka. – Östersund : ITPS, 2008. – 29 p. – Mode of access: https://www.tillvaxtanalys.se/download/18.62dd45451715a00666f1df8f.

Хоменко О.В. Циркулярна економіка – основа сталого розвитку КНР / О.В. Хоменко. – Режим доступу : https://sinologist.com.ua/homenko-o-v-tsyrkulyarna-ekonomika-osnova-stalogo-rozvytku-knr.

Material research for environmental sustainability in Thailand: current trends / P. Ni-ranatlumpong, N. Ramangul, P. Dulyaprapan, S. Nivitchanyong, W. Udomkitdecha // Sci-ence and Technology of Advanced Materials. – 2015. – Vol. 16 (3). – Pp. 1-6. – Mode of access: https://doi.org/10.1088/1468-6996/16/3/034601.

ТОП-10 професій майбутнього [Електронний ресурс] : [Веб-сайт]. – Електронні дані. – Режим доступу : https://sites.google.com/site/top10profesijmajbutnog.

ТОП-10 професій майбутнього [Електронний ресурс] : [Веб-сайт]. – Електронні дані. – Режим доступу : https://roz.otg.dp.gov.ua/ua/novini-ta-podiyi/novini/top-10-profesij-majbutnogo.

Shivpuri R. Dies and Die Materials for Hot Forging / R. Shivpuri // ASM Handbook. Metal-working: Bulk Forming. – Vol. 14A. – ASM International, 2005. – Pp. 47-61. – Mode of ac-cess: https://doi.org/10.31399/asm.hb.v14a.a0003975.

Study and selection of hot forging die materials and hardness / S. Madhankumar, K.R. Hari Narayanan, V. Harini, K.V. Gokulraj, S. Selvakumar, R. Dharshini, K. Dharshini, T.R. Harikrishnan // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 45 (7). – Pp. 6563-6566. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.472.

Buchmayr B. Damage, Lifetime, and Repair of Forging Dies / B. Buchmayr // Berg- und Hut-tenmännische Monatshefte (BHM). – 2017. – Vol. 162. – Pp. 88-93. – Mode of access: https://doi.org/10.1007/s00501-016-0566-3.

The failure mechanisms of hot forging dies / Z. Gronostajski, M. Kaszuba, S. Polak, M. Zwierzchowski, A. Niechajowicz, M. Hawryluk // Materials Science and Engineering: A. – 2016. – Vol. 657. – Pp. 147-160. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.01.030.

Tribology in Hot Forging / B.-A. Behrens, A. Bouguecha, I. Lüken, J. Mielke, M. Bistron // Comprehensive Materials Processing. – Elsevier, 2014. – Vol. 5. – Pp. 211-234. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-096532-1.00538-0.

Диамантопуло К.К. Компенсация несоосности системы «пресс-штамп» изношенного штамповочного оборудования / К.К. Диамантопуло, В.В. Кухарь, А.И. Евтеев // Металлургические процессы и оборудование. – 2005. – № 2. – С. 31-34.

Development of a method of increasing the wear resistance of forging dies in the aspect of tool material, thermo-chemical treatment and PVD coatings applied in a selected hot forging process / P. Widomski, M. Kaszuba, D. Dobras, O. Zindulka // Wear. – 2021. – Vol. 477. – Pp. 1-9. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203828.

Estimation of die service life against plastic deformation and wear during hot forging pro-cesses / D.H. Kim, H.C. Lee, B.M. Kim, K.H. Kim // Journal of Materials Processing Tech-nology. – 2005. – Vol. 166 (3). – Pp. 372-380. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.07.103.

Methodology for tool wear analysis by a simple procedure during milling of AISI H13 and its impact on surface morphology / M.T. Prado, A. Pereira, J.A. Pérez, T.G. Mathia // Proce-dia Manufacturing. – 2017. – Vol. 13. – Pp. 348-355. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.09.090.

Палей М.М. Технология производства приспособлений, пресс-форм и штампов / М.М. Палей. – М. : Машиностроение, 1979. – 293 с.

Боков В.М. Конструювання та виготовлення штампів. Штамп як об’єкт проектування: навчальний посібник / В.М. Боков. – Кіровоград : Поліграфічно-видавичий ТОВ «Імекс-ЛТД», 2005. – 216 с.

Мендельсон В.С. Технология изготовления штампов и пресс-форм / В.С. Мендельсон, Л.И. Рудман. – М. : Машиностроение, 1982. – 207 с.

Иващенко В.Ю. Анализ причин разрушения гравюры и повышения стойкости штампо-вого инструмента из стали 5ХНМ с помощью ТЦО / В.Ю. Иващенко // Захист металургійних машин від поломок : Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріуполь, 2006. – Вип. 9. – С. 46-49.

Дудецкая Л.Р. Материалы и технологии изготовления литого штампового инструмента / Л.Р. Дудецкая, Ю.Г. Орлов. – Минск : Беларус. навука, 2010. – 171 с.

Лыгденов Б.Д. Термоциклирование. Структура и свойства / Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хара-ев, А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2014. – 251 с.

Иващенко В.Ю. Использование термоциклирования для обработки штампов / В.Ю. Иващенко, А.П. Чейлях // Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріуполь, 2011. – Вип. 22. – С. 108-112. – (Серія : Технічні науки). – Режим доступу: http://eir.pstu.edu/handle/123456789/1568.

References:

Ijomah W., McAloone T.C., Stahel W.R., Sundgren J.-E., Ahlqvist J. Product design for re-source efficiency: Background paper. Stockholm, 2014. 22 p. Available at: http://www.mistra.org/wp-content/uploads/2018/01/Product-design-for-resource-efficiency.pdf (accessed 15 December 2020).

Stahel W.R. The Utilization-Focused Service Economy: Resource Efficiency and Product-Life Extension. The Greening of Industrial Ecosystems, 1994, pp. 178-190.

Oosterhuis F.H., Rubik F., Scholl G. Product policy in Europe: new environmental perspec-tives. Dordrecht, Kluwer Academic Publ., 1996. 313 p. doi: 10.1007/978-94-009-0277-0.

Zhou J.-G., Li L.-L., Tseng M.-L., Ahmed A., Shang Z.-X. A novel green design method us-ing electrical products reliability assessment to improve resource utilization. Journal of In-dustrial and Production Engineering, 2021. doi: 10.1080/21681015.2021.1947402.

Fedorchuk Ya., Servetnyk D. Tsyrkuliarna ekonomika. Orhanizatsiino-pravovi aspekty (Cir-cular economy. Organizational and legal aspects) Available at: https://www.businesslaw.org.ua/circle-economic-t (accessed 05 January 2020). (Rus.)

Tanaka I. Promotion of Resource Efficiency in Japan – through 3R (Reduce, Reuse and Re-cycle) policies. Östersund, ITPS Publ., 2008, 29 p. Available at: https://www.tillvaxtanalys.se/download/18.62dd45451715a00666f1df8f (accessed 10 February 2020).

Khomenko O.V. Tsyrkuliarna ekonomika – osnova staloho rozvytku KNR (The circular economy is the basis of China’s sustainable development) Available at: https://sinologist.com.ua/homenko-o-v-tsyrkulyarna-ekonomika-osnova-stalogo-rozvytku-knr (accessed 10 February 2020). (Rus.)

Niranatlumpong P., Ramangul N., Dulyaprapan P., Nivitchanyong S., Udomkitdecha W. Ma-terial research for environmental sustainability in Thailand: current trends. Science and Technology of Advanced Materials, 2015, vol. 16 (3), pp. 1-6. doi: 10.1088/1468-6996/16/3/034601.

TOP-10 profesii maibutnoho (TOP-10 professions of the future) Available at: https://sites.google.com/site/top10profesijmajbutnog (accessed 10 January 2020). (Rus.)

TOP-10 profesii maibutnoho (TOP-10 professions of the future) Available at: https://roz.otg.dp.gov.ua/ua/novini-ta-podiyi/novini/top-10-profesij-majbutnogo (accessed 10 January 2020). (Rus.)

Shivpuri R. Dies and Die Materials for Hot Forging. ASM Handbook. Metal-working: Bulk Forming, vol. 14 A, 2005, pp. 47-61. doi: 10.31399/asm.hb.v14a.a0003975.

Madhankumar S., Hari Narayanan K.R., Harini V., Gokulraj K.V., Selvakumar S., Dharshini R., Dharshini K., Harikrishnan T.R. Study and selection of hot forging die materials and hardness. Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 45 (7), pp. 6563-6566. doi: 10.1016/j.matpr.2020.11.472.

Buchmayr B. Damage, Lifetime, and Repair of Forging Dies. Berg- und Huttenmännische Monatshefte (BHM), 2017, vol. 162, pp. 88-93. doi: 10.1007/s00501-016-0566-3.

Gronostajski Z., Kaszuba M., Polak S., Zwierzchowski M., Niechajowicz A., Hawryluk M. The failure mechanisms of hot forging dies. Materials Science and Engineering: A, 2016, vol. 657, pp. 147-160. doi: 10.1016/j.msea.2016.01.030.

Behrens B.-A., Bouguecha A., Lüken I., Mielke J., Bistron M. Tribology in Hot Forging. Comprehensive Materials Processing, 2014, vol. 5, pp. 211-234. doi: 10.1016/b978-0-08-096532-1.00538-0.

Diamantopulo K.K., Kukhar V.V., Evteev A.I. Kompensaciya nesoosnosti sistemy «press-shtamp» iznoshennogo shtampovochnogo oborudovaniya [Compensation for the «press-die» system misalignment of worn-out die-forging equipment]. Metallurgicheskie processy i oborudovanie – Metallurgical processes and equipment, 2005, no. 2, pp. 31-34. (Rus.)

Widomski P., Kaszuba M., Dobras D., Zindulka O. Development of a method of increasing the wear resistance of forging dies in the aspect of tool material, thermo-chemical treatment and PVD coatings applied in a selected hot forging process. Wear, 2021, vol. 477, pp. 1-9. doi: 10.1016/j.wear.2021.203828.

Kim D.H., Lee H.C., Kim B.M., Kim K.H. Estimation of die service life against plastic de-formation and wear during hot forging processes. Journal of Materials Processing Technol-ogy, 2005, vol. 166 (3), pp. 372-380. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.07.103.

Prado M.T., Pereira A., Pérez J.A., Mathia T.G. Methodology for tool wear analysis by a simple procedure during milling of AISI H13 and its impact on surface morphology. Proce-dia Manufacturing, 2017, vol. 13, pp. 348-355. doi: 10.1016/j.promfg.2017.09.090.

Palei M. M. Tekhnolohyia proyzvodstva prysposoblenyi, press-form y shtampov [Technology of production of devices, compression molds and stamps]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1979. 293 p. (Rus.)

Bokov V.M. Konstruiuvannia ta vyhotovlennia shtampiv. Shtamp yak obiekt proektuvannia: navchalnyi posibnyk [Design and manufacture of dies. Stamp as an object of design: a text-book]. Kirovohrad, Polihrafichno-vydavychyi TOV «Imeks-LTD» Publ., 2005. 216 p. (Ukr.)

Mendelson V.S., Rudman L.Y. Tekhnolohyia yzghotovlenyia shtampov y press-form [Tech-nology of production of stamps and molds]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1982. 207 p. (Rus.)

Ivashchenko V.Yu. Analyz prychyn razrushenyia hraviuri y povishenyia stoikosty shtam-povoho ynstrumenta yz staly 5KhNM s pomoshchiu TTsO [Analysis of the engraving de-struction causes and the increase in the 5CrNiMo steel die-tool life using thermocycling pro-cess (TCP)]. Zakhyst metalurhiinykh mashyn vid polomok – Protection of metallurgical ma-chines from breakdowns, Mariupol, 2006, vol. 9, pp. 46-49. (Rus.)

Dudetskaia L.R., Orlov Yu.H. Materyaly u tekhnolohyy yzghotovlenyia lytoho shtampovoho ynstrumenta [Materials and technologies for the manufacture of cast die tools]. Mynsk, Bela-rus. navuka Publ., 2010. 171 p. (Rus.)

Lyhdenov B.D., Kharaev Yu.P., Hreshylov A.D. Termotsyklyrovanye. Struktura y svoistva [Thermocycling. Structure and properties]. Barnaul, AltSTU Publ., 2014. 251 p. (Rus.)

Ivashchenko V.Yu., Cheiliakh A.P. Ispol’zovanie termociklirovaniya dlya obrabotki shtampov [Using the thermocycling to dies processing]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversitetu. Serіia: Tekhnіchnі nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2011, vol. 22, pp. 108-112. (Rus.)

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-05-27

Номер

Розділ

183 Технологія захисту навколишнього середовища