Методические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) (стр. 7 из 11)
В приложении № 8 представлены типовые схемы штампов со встроенными электронагревателями и характеристики установок различных моделей.
5.9.4. В целях предотвращения схватывания металла с поверхностью инструмента нагретого до 430-4000 С используют смазочный материал состоящий из чешуйчатого графита (15-20%) свинцового сурика (5-10%), технического талька (5-7%) и масла цилиндрового «Вапор-Т» [12].
5.9.5. Изотермическую штамповку на специальных термопрессах целесообразно применить для мелкосерийного изготовления деталей типа плоских и криволинейных панелей и замкнутых оболочек, с параллельными или ортоганальными ребрами. Этот относительно новый технологический процесс реализуется с использованием специальных «термических процессов». Размеры обрабатываемых деталей: диаметр обечайки 100-150 мм, высота 100-1500 мм, шаг ребра 10-200 мм, высота ребер 3-12 мм, ширина ребер 0,3-6 мм.
На рис. 24 представлена типовая поковка – обечайка с внутренними ребрами.
Рис. 24. Поковка, штампованная на термопрессе Рис. 25 . Схема термопресса
Схема термопресса приведена на рис. 25 . Пуансон, состоящий из стержня 1 и секторов 2, является основным рабочим инструментом, изменение температуры которого при нагреве создает силовое воздействие на заготовку. Материал пуансона – штамповая сталь 5ХНМ. Контейнер 3, изготовленный из того же материала, является массивным жестким телом, воспринимающим возникающую нагрузку. Температуру его во время всего цикла поддерживают постоянной. Подвод тепловой энергии обеспечивают встроенные элементы тепловых электрических нагревателей (ТЭН) [8]. Потери теплоты предотвращают теплоизоляционным кожухом 11, выполненным из стеклоткани. Термопресс изображен на рис. 25 в момент окончания процесса, когда рельеф штампуемой заготовки 4 полностью оформлен. Запорное устройство, выполненное в виде байонетного кольца 5, предотвращает осевое перемещение пуансона вместе с заготовкой. Система водоохлаждения 6 обеспечивает интенсивное охлаждение пуансона после окончания этапа деформирования, уменьшение его диаметра и, как следствие этого, ликвидацию созданного натяга (слив воды через трубу 9). Все узлы конструкции располагаются на опорной раме 8, которую можно установить на любом участке штамповочного цеха. Система регистрации температуры состоит из набора термоэлектрических преобразователей 10, установленных в различных зонах пуансона, контейнера и заготовки 4, и регистрирующей аппаратуры.
Типовой технологический процесс включает следующие операции: нагрев контейнера; сборку холодной заготовки и пуансона с контейнером; нагрев заготовки и пуансона до расчетной температуры; охлаждение пуансона, извлечение пуансона и заготовки из контейнера; отделение заготовки от пуансона. Известны и другие схемы технологического процесса, например, процесс, в котором сборку и разборку всех узлов проводят при температуре окружающей среды в цехе.
Для термоштамповки деталей из материалов АМг3, АМг6, 1420, ВАД-23 необходимо давление q=30+150 МПа при температуре окончания деформирования t=400+5000 С и скорости деформации έ= 106-2+10-7 с-1. При этом продолжительность штамповки τ=103+105 с.
5.9.6. Новый способ тиксотропной штамповки алюминиевых сплавов с недендритной α-структурой целесообразно вести на гидравлических прессах двойного действия. Слитки с такой структурой получают с использованием линейного электромагнитного перемешивания расплава в сочетании с высокой скоростью охлаждения металла в кристаллизаторе. Слитки разрезаются на штучные заготовки. Нагрев заготовок осуществляется в индукционном нагревателе до t0=5900С. При этой температуре металл находится в «Полужидком» состоянии (~40-60% жидкой фракции) и имеет тиксотропную характеристику, т.е. при приложении к нему усилия сдвига он переходит в жидкое состояние, показывая вязкость, как у жидкого алюминия. Диаметры слитков от 76 до 152 мм.
5.9.7. Штамповка сплавов в полужидком состоянии обеспечивает возможность получения точных изделий, в том числе тонкостенных (без захвата газовых включений, отсутствие литейных дефектов, меньшая усадочная пористость, хорошие механические свойства и свариваемость) (см. таблицу 3).
Кроме того, температура штамповки полужидкого металла на 1000С ниже, чем температура литья под давлением, что позволяет уменьшить расход энергоресурсов, увеличить срок эксплуатации матриц, снизить продолжительность цикла и расширить возможности конструирования. В
В сравнении с жидкой штамповкой себестоимость поковок в 2-2,5 раза больше, поэтому тиксотропную штамповку следует применять только для поковок со сложной конфигурацией в штампах с разъемными матрицами (рис. 26).
Рис. 26
Таблица № 4
Механические свойства изделий, полученных методом тиксотропной штамповки
| Химический состав сплава, % | Марка сплава | σ0,2, МПа | σ, МПа | d, % |
| Al-7Si-0,3Mg | А356 | 170 | 260 | 15 |
| Al-7Si-0,6Mg | А357 | 210 | 275 | 10 |
| Al-6Si-1Cu-1Mg | С355 | 225 | 320 | 7 |
| Al-6Cu-3Mg | А319 | 225 | 310 | 3 |
| Al-17Si-4Cu-1Mg | А390 | - | 250 | <0,2 |
6. Холодная объемная штамповка.
6.1. Холодной объемной штамповкой (ХОШ) называют технологические операции обработки давлением, в процессе которых происходит оформление поковки (детали) в результате заполнения полости штампа деформируемым металлом при условии его полного упрочнения, что возможно при полном отсутствии явлений возврата или кристаллизации.
ХОШ по сравнению с горячей обеспечивает более высокую точность размеров (10-12-й квалитет в поперечном направлении и качество поверхности с параметром шероховатости Rа=0,04÷0,16 мкм); улучшенные прочностные характеристики и повышенное качество изготовленных деталей; уменьшение отходов металла (КИМ может быть доведен до 0,98). ХОШ в массовом производстве легко поддается механизации и автоматизации (изготовление гаек, болтов, винтов, а также заклепочное и гвоздильное производство из сплавов В65 и др.). Наряду с метизами методами ХОШ можно изготавливать большую номенклатуру деталей общемашиностроительного применения. Фактор, ограничивающий применение холодной объемной штамповки – необходимость создания высоких удельных деформирующих сил, на пределе прочностных характеристик инструмента (2500 МПа и более).
Для осуществления ХОШ применяют разнообразное прессовое оборудование: холодновысадочные автоматы, механические и гидравлические прессы, раскатные и радиально-обжимные машины и др.
5
6.2. В таблице 5 представлены основные операции ХОШ с указанием формул расчета относительных степеней деформаций. Кроме указанных операций используют специальные операции с локальным нагружением давящим инструментом. К этим операциям относят так называемые схемы радиальной и торцовой раскатки [8,14].
На рис. 27 представлена схема холодной продольной прокатки (раскатки) в неприводных калиброванных валках 2.
Рис. 27 .Схема продольной прокатки в неприводных валках
Валки вдавливаются в неподвижную заготовку 1 на участке одной из гантелей, после чего производится продольное протягивание либо проталкивание заготовки до участка второй гантели, реверс по команде конечного 3,4 выключателя и обратный проход. Затем валки разводятся, заготовка поворачивается на 900, валки вновь вдавливаются на том же участке и производится следующий проход. За ряд двойных проходов с поворотами заготовки по определенной программе формируется цилиндрический стержень меньшего диаметра и гантели заготовки. Малые значения сил трения и большой охват заготовки калибром валков обеспечивают благоприятную схему напряженного состояния в очаге деформации с преобладанием сжимающих напряжений. Это позволяет производить значительные (до 80% и более) обжатия при прокатке заготовок широкой номенклатуры из алюминиевых сплавов (АМг3, АDЗ1 и др.). Схема торцовой раскатки представлена на рис. 29 (б)
Рис. 28. Схемы деформирования сферодвижной Рис. 29. Схемы продольной (а) и торцовой (б) раскатки
штамповкой 1-неприводные валки; 2-заготовка; 3-захват; 4-упор;
5-конечный выключатель
6.3. Весьма эффективными являются локальные нагружения при так называемой сферодвижной штамповке. Штамповка осуществляется рабочим подвижным инструментом (пуансоном или матрицей), совершающим круговые колебательные движения (обкатывание) и вертикальное поступательное движение (рис. 28).