Методические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) (стр. 4 из 11)

5. Технологические процессы горячей объемной штамповки.

5.1. Алгоритм проектирования технологических процессов объемной штамповки достаточно широко представлен в специальной литературе [4,8] и содержит следующие основные этапы:

- экспертная оценка возможного использования алюминиевых сплавов взамен стали, чугуна и тяжелых цветных металлов и сплавов;

- анализ конструкции детали и оценка ее технологичности;

- разработка чертежа штампованной поковки в соответствии с ГОСТ7505-89 и отраслевыми стандартами;

- установление операций и переходов и выбор термомеханических режимов штамповки;

- выбор оборудования и проектирование штамповой оснастки;

- составление и оформление технологической карты с нормированием времени штамповки и указанием средств контроля качества поковки.

5.2. Разделка исходных полуфабрикатов (слитков, прутков, труб и профилей) на заготовки.

Основными способами разделения исходных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов на штучные заготовки для холодной и горячей объемной штамповки являются отрезка на ленточных и дисковых пилах, сдвиговая отрезка на пресс-ножницах и в специальных штампах , плазменно-дуговая резка [10].

5.2.1. Резка на пилах позволяет получать ровные торцы на отрезаемой заготовке и перпендикулярные к ее оси. Пилы подразделяются на дисковые и ленточные. Дисковые пилы имеют диаметр диска от 200 до 800 мм. При диаметре диска 800 мм можно производить резку прутков и слитков до 300-350 мм. На ленточных пилах можно разрезать слитки любого диаметра, а прутки и трубы малых диаметров сразу несколько штук в пакете, в результате чего увеличивается производительность.

Допуски на длину заготовки до 300 мм составляют + 0,8 мм. Производительность резки на пилах при диаметре прутка равным 100 мм составляет до 50 штук заготовок в час. Стойкость ленточной пилы (до износа и ее замены) до 5 м² суммарной площади поперечных сечений заготовок.

При резке на дисковых пилах получается отход металла на пропил толщиной от 3 до 8 мм, а на ленточных пилах от 0,8 до 2,5 мм. Такие параметры резки являются удовлетворительными применительно к мелкосерийному и серийному производству.

5.2.2. Разрезку на пресс-ножницах и в штампах на универсальных кривошипных прессах следует применять в массовом производстве в основном для «твердых» алюминиевых прутков (Д16Т, ДIT, АК6TI, В95TI и др.). Эти ограничения связаны с тем, что кромки ножей сминают металл и срезают на глубину С, (рис. 7) после чего происходит хрупкое разрушение металла. Внедрение ножей сопровождаются утяжкой соседних участков металла.

Рис. 7. Схема сдвиговой резки прутка и торцы среза:

1- зоны смятия металла Е, Е¹ (проекция на диаметральное сечение); 2 – зоны скола металла от развивающихся трещин; 3 – зоны внедрения ножей и среза металла на высоту С (блестящий поясок); 4 – зоны утяжки металла

Хрупкое разрушение металла возникает в результате большой концентрации напряжений в зонах пластического среза, от кромок ножей образуются идущие навстречу друг другу трещины, которые сходятся в одну только при определенном зазоре между ножами ∆. Практически зазор ∆ находится в пределах 2-4% от толщины (диаметра) разрезаемого прутка. Разделение прутков из менее «твердых» сплавов требует использования схемы резки с осевым подпором прутка определенной силы с целью обеспечения условий всестороннего сжатия в зоне реза. Такой прием реализуется в специальных штампах [4, 10].

Неперпендикулярность торцов заготовки исправляется осадкой перед штамповкой.

5.2.3. Плазменно-дуговая резка может быть применена при разрезке плит. Резка выполняется струей плазмы, т.е. струей сильно ионизированного газа при температур 10000-30000⁰С.

Плазменно-дуговая резка более экономична, чем резка пилами. Можно резать любой металл толщиной до 300 мм. Наибольший эффект получается при резке высокопрочных тугоплавких сталей и сплавов, а также медных и алюминиевых сплавов. Производительность резки зависит от толщины металла. При толщине металла 300 мм она составляет 150 см² в минуту [10].

К серьезному недостатку этого способа резки следует отнести необходимость установки вытяжных устройств для удаления продуктов сгорания, загрязняющих воздушную среду.

При определенных условиях могут быть применены и другие способы разделения исходных заготовок: холодная ломка, обкатка клиновым инструментом, лазерная и электроэрозионная резка, а так же образивно-водяная.

5.3. Температурный интервал горячей объемной штамповки.

Температурный интервал штамповки определяется верхней конечной температурой, до которой следует нагреть металл и нижней температурой, при которой следует заканчивать штамповку.

Нагрев заготовок из алюминиевых сплавов предпочтительно производить в электропечах с экранированными нагревательными элементами и принудительной циркуляцией газовой среды. Перепад температур в рабочей зоне не должен превышать 15-25⁰С.

Время нагрева заготовок устанавливается в зависимости от диаметра или толщины заготовки из расчета 0,8-1 мин. на 1 мм диаметра или толщины для заготовок диаметром или толщиной до 100 мм. Время нагрева отсчитывается с того момента, когда температура воздуха в печи станет равной нижнему пределу температурного интервала штамповки сплава.

Температурные интервалы штамповки приведены в таблице 2.

Таблица 2.
Оборудование и температуры деформации алюминиевых сплавов
Марка сплава	Оборудование	Температура деформации
1	2	3
АМц, АМг1, АМг2, АД31, АД33, АД35, АВ, АК6, АД0, АД1	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	470-300
Д1, Д1ч, ВД17, АК8	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	470-370 450-350
Д20, Д21, АК4	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	470-350 430-320
Д19ч, ВАД1, Д16ч	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	470-350 430-350
В92, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	430-320 430-300
В95, В96Ц, В96Ц3	Пресс гидравлический Молот или пресс механический	430-350 430-320

При этом, как видно из таблиц, чем выше скорость деформирования (на молотах) тем ниже температура нагрева, в связи с необходимостью учета дополнительного выделения тепла при высоких скоростях движущегося инструмента. При штамповке на высокоскоростных молотах приращение температуры ∆t=57⁰С.

5.4. Особенности штамповки на молотах.

Штамповка на молотах характеризуется высокими скоростями деформирования. Соударение верхней и нижней половины штампа происходит более чем за 6 м/с. Время удара обычно не превышает 0,01 с, что обеспечивает хорошее заполнение полости штампа. Штамповку выполняют обычно в открытых штампах. Для разработки технологии штамповки важно знать, как заполняет металл углубление в полости штампа и каковы особенности его течения [4]. Обычно при штамповке на молоте деформирование происходит за несколько ударов. Рис. 8 дает представление о конструкции типового штампа для многоручьевой штамповки и переходы штамповки поковки типа рычага.

Рис. 8 . Многоручьевой молотовой штамп и переходы штамповки изогнутой поковки:

1-поковка; 2-подкатной ручей; 3-протяжной ручей; 4-окончательный ручей; 5-гибочный ручей; 6-предварительный ручей; 7-исходная заготовка; 8-протяжка; 9-подкатка; 10-гибка; 11-предварительная штамповка; 12-окончательная штамповка.

Окончательный ручей имеет облойную канавку предназначенную для выхода в нее избытка металла (до 10÷30%) и создания сопротивления вытеканию металла из полости штампа. При этом реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, способствующая четкому заполнению сложной полости ручья штампа.

Методика расчета припусков и допусков, назначаемых при конструировании чертежа поковки, выбор заготовительных и штамповочных ручьев (предварительного и окончательного) и их расположение в штампе, расчет необходимой массы падающих частей штампа и др. параметров достаточно полно представлены в специальной литературе [4].

В крупных кузнечно-прессовых цехах эксплуатируются молоты с массой падающих частей до 25 тонн.

При штамповке изделий из алюминиевых сплавов имеющих тонкие ребра (крыльчатки, диски с ребрами и т.п.) используют высокоскоростные молоты со скоростью соударения частей штампа до 30 м/с.

На рис. 9 представлена поковка из алюминиевого сплава и конструкция штампа для высокоскоростного молота. При горячей штамповке с высокой скоростью деформирования выделяется дополнительное тепло и возможен перегрев металла. Поэтому нагрев проводят на 80-150⁰С ниже, чем при штамповке на обычных молотах. Штамп перед штамповкой подогревают до 150-250⁰С [4].

Рис. 9 .Закрытый штамп для высокоскоростного молота: