Методические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) (стр. 3 из 11)
Так, например, при штамповке детали “переходник” (рис. 6) из сплава АМг5 масса поковки равна 4,65 кг. (КИМ=0,8), вместо 46 кг. стальной (сталь 25) кованой поковки (КИМ=0,24). Низкий КИМ у стальной поковки объясняется малой партионностью переходов – 400 штук в год. С учетом того, что другие два типоразмера переходников имеют такие же диаметры фланцев и могут быть изготовлены по групповой технологии в том же штампе, эффективность перехода на штамповку из алюминия становится очевидной.
Однако с целью обеспечения равнопрочной конструкции детали следует увеличить высоту фланца из алюминия до 15 мм. (sв у сплава АМг5Н – 420МПа) вместо 12 мм. у стального (sв у стали 25 – 520 МПа).
В расчетах экономической эффективности следует учитывать, что стоимость “производства” 1 кг. стальной стружки в 2-3 раза больше стоимости 1 кг. стального сортового проката (при использовании в основном токарной механообработки).
3.5. В связи с тем, что свыше 70% деталей машин и механизмов изготавливается на предприятиях с мелкосерийным и серийным производством, эффективным является концентрация штамповки алюминиевых деталей на ограниченном количестве заводов, имеющих развитый парк кузнечно-прессового оборудования (КУМЗ, СМЗ, ВСМПО и др.). При этом эффективность производства точных поковок может быть достигнута путем использования групповых принципов обработки. Наибольший эффект достигается, когда заказчик получает не только поковки, но и готовые детали с покрытием. В этом случае изготовитель поставляет детали с максимально добавленной стоимостью, а заказчику нет необходимости устанавливать дорогостоящее оборудование для механообработки и нанесения покрытий. производственные возможности КУМЗа представлены в приложении № 4.
Рис.6 Контуры поковок переходника: а–кованой; б- штампованной
(пунктиром обозначен контур детали).
4. Определение сортамента и номенклатура полуфабрикатов для холодной и горячей объемной штамповки.
Для холодной и горячей объемной штамповки в качестве исходных заготовок применяют прессованные прутки и трубы, плиты, профиль и литые круглые слитки.
4.1. Прессованные прутки из алюминия и алюминиевых сплавов в соответствии с ГОСТ 21488-97 изготавливают круглого, квадратного и шестигранного сечения.
4.2. Прутки круглого сечения поставляются в диапазоне диаметров от 8 до 400 мм, с предельными отклонениями нормальной, повышенной и высокой точности.
При этом нормальный ряд диаметров (мм) : 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 75, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 180, 200, 250, 300, 350, 400..
4.3. Прутки квадратного сечения поставляются в диапазоне вписанных окружностей в пределах от 8 до 200 мм, с нормальным рядом; мм: 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 180, 200.
4.4. Диаметры вписанных окружностей шестигранных прутков составляют нормальный ряд; мм: 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 24, 27, 30, 32, 36, 41, 46, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 100, 110, 120, 140, 160, 180, 200.
4.5. Перессованные прутки изготавливают из алюминия марок АД0, АД1, АД и алюминиевых сплавов марок АМЦ, АМЦС, АМГ2, АМГ3, АМГ5, АМ Г6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-4, АК6, АК8, В95, 1915, 1925 с химическим составом по ГОСТ 1131.
По согласованию изготовителя и потребителя допускается изготовлять прутки из алюминия других марок высокой и технической чистоты по ГОСТ 11069.
4.6. Прутки изготовляют немерной длины:.
от 1,0 до 6,6 м – для диаметров до 80 мм;
от 1,0 до 5,0 м – для диаметров от 80 до 110 мм;
от 0,5 до 4,0 м – для диаметров свыше 110 мм.
При этом прутки круглые диаметров до 15 мм включительно в состоянии без термической обработки или в мягком (отожженном) состоянии изготавливают в бухтах немерной длины.
4.7. Прутки круглого сечения в соответствии с ГОСТ Р51834-2001 “Прутки перессованные из алюминиевых сплавов высокой прочности и повышенной пластичности” поставляются в диапазоне диаметров от 30 до 300 мм. Прутки квадратного сечения в диапазоне вписанных окружностей от 31 до 150 мм, а шестигранного сечения в диапазоне вписанных окружностей от 30 до 100 мм.
4.8. Прутки из алюминиевых сплавов высокой прочности и повышенной пластичности (с рекристализованной структурой) изготовляются из сплавов марок АВ, Д1, Д16, АК4, АК6, АК8, В95 с химическим составом по ГОСТ 4781.
4.9. Перессованные трубы из алюминия и алюминиевых сплавов тех же марок, что и прутки, поставляют в диапазоне диаметров от 18 до 300 мм, с толщиной стенки от 1,5 до 40 мм. Точностные параметры труб из алюминия и алюминиевых сплавов устанавливает ГОСТ 18482-79.
Точностные параметры труб из алюминия и алюминиевых сплавов устанавливает ГОСТ 18482-79.
Например, для труб с толщиной стенки 4 – 7 мм отклонение толщины составляет (0,5 – 0,7)мм, то есть +-10%, а при толщине 40 мм - +-3,0 мм, то есть +- 7,5%.
При этом нормальные ряды:
наружных диаметров, мм: 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 35, 38, 40, 42, 45, 50, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 210, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 230, 300;
толщин стенок: 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 7.5, 8.0, 10.0, 12.5, 15.0, 17.5, 20.0, 22.5, 25.0, 30.0, 32.5, 35.0, 37.5, 40.0
Более точными, а поэтому более дорогими, являются алюминиевые холоднодеформируемые трубы по ГОСТ 18475-92.
4.10. Плиты. Из плитных заготовок в кузнечно-прессовом производстве наиболее часто применяются типовые алюминиевые плиты с размерами, мм: ширина до 2500, длина до 10000 и толщина от 10 до 200. [8]
При прокатке плит из плоских слитков некоторых сплавов (АМ6 и др.) для улучшения поверхности применяют технологическую плакировку слитков алюминием (толщина плакировки обычно не превышает 1,5% от толщины плиты).
Плиты из термически упрочняемых сплавов изготавливают прокаткой с последующими закалкой и правкой растяжением. Максимальные размеры плит из алюминиевых сплавов – 18300 х 3650 х 152 мм. Допустимая разнотолщинность плит толщиной 11 – 80 мм составляет 0.25 – 0.50 мм; допуски на ширину +-0.40 - +-2.0 мм; на длину – 30 – 200 мм ; на плоскостность – на один метр длины 2-10 мм.
В настоящее время все большее применение при изготовлении пресформ находят плиты из алюминиевого сплава Д16Т, у которого при нагреве до 200 С прочность остается достаточно высокой ~ 420МПа (520МПа при t=20 С) [см. приложение № 1].
4.11. Слитки для объемной штамповки.
В целях сокращения числа переделов изготовления исходных заготовок для штамповки, в ряде случаев целесообразно вести изготовление поковок непосредственно из литого полуфабриката взамен прессованного.
При этом имеется в виду получение качественной мелкозернистой структуры поковок за счет измельчения зерна в результате значительных степеней деформации при штамповке. Так, например, для изготовления поковок фланцев с развитой втулочной частью (воротниковые фланцы по ГОСТ 12821 и др.) с размерами до 24” и более целесообразно в качестве исходных заготовок использовать литые трубные заготовки диаметром до 600 мм с толщиной стенок 80 – 100 мм.
Кроме перечисленных выше марок сплавов, предназначенных для прессования и штамповки необходимо указать на возможность штамповки различных деталей машиностроения из литейных сплавов с высоким содержанием кремния. При этом исходные слитки должны иметь мелкозернистую структуру (менее 70 мкм), получаемую с использование электромагнитного или ультразвукового методов перемешивания расплава и высокую скорость охлаждения в кристаллизаторе.
Так, например, из литейного сплава АК12М2 могут быть изготовлены тормозные цилиндры и др. детали, изготавливаемые пока из чугуна. Использование литых заготовок с мелкозернистой структурой позволяет вести штамповку с наличием растягивающих напряжений во время деформирования материала в штампе.
С целью получения мелкозернистой структуры, в соответствии с технологией, разработанной в ВИЛСе, слитки получаемые с использованием ультразвуковой обработки при полунепрерывном литье, подвергают прокатке. Такая прокатка, благодаря наличию больших сдвиговых деформаций, уменьшает величину зерна с 70 до 30 и менее микрометров [3].
Слитки для штамповки методом тиксоформирования из алюминиевых сплавов системы Al-Si-Mg и Al-Si-Cu-Mg, получаемые с использованием электромагнитного перемешивания расплава, поставляются в диапазоне диаметров от 76 до 152 мм.
4.12. Профили из алюминиевых сплавов получили наибольшее применение в конструкциях окон, витражей, витрин и пр. Профили – пересованные изделия с заданными размерами и формой поперечного сечения, подразделяются на сплошные , полые и комбинированные. К комбинированным профилям относят изделия, у которых внутренние и наружные элементы выполненные из алюминиевых профилей из одной марки сплава, соединены между собой термовставкой (ГОСТ 22233-2001, “Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций”) из материала с более низкой теплопроводностью, к которым предъявляются и другие требования.
4.13. Профили, обычно изготовленные из сплава АД31Т1, поставляются как полуфабрикат или как готовый профиль, имеющий защитно-декоративное покрытие. Готовые профили изготавляются с покрытием: анодно-окисным –Ан, жидким лакокрасочным –Жл, жидким электродифузным – Жэ, порошковым полимерным – П комплексным – К(двухслойное, состоящее и различных видов покрытия).
Профильный полуфабрикат зачастую подвергают штамповке с использованием операций гибки, обжима, раздачи и др.
4.14. Особый интерес представляют профили из сплавов типа АМг5 со сплошным прямоугольным сечением (с выступами и впадинами), из которых после гибки и сварки кольцевой заготовки ведут горячую раскатку колец больших диаметров сложного поперечного профиля.
4.15. Профили для плит прессформ (см. приложение №6) могут подвергаться холодной калибровке для получения точных размеров и высокого качества поверхности.