Методические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) (стр. 9 из 11)
Как известно, при кристаллизации сплавов объем уменьшается на 3-5%. Поэтому зачастую в конце штамповки с помощью противопуансона производят подпрессовку – дополнительную деформацию охлажденного до 350-4000С металла (рис.35).
Рис. 35. Схема пуансонного прессования с нижней подпрессовкой
Рис. 36. Чертежи корпуса (я) и крышек (б):
1...9 — точки измерения твердости в сечениях I, II, III
8.2. Примером жидкой штамповки является корпус и крышки электроприбора (рис. 36). В корпусе имеются бобышки; в каждой крышке по всему контуру прилегания к корпусу предусмотрен паз для установки резинового уплотнения. Штамповка ведется на гидравлическом прессе силой 1600кН [15].
Технологический процесс состоит из следующих этапов:
- заливка расплава в предварительно нагретую матрицу (температура расплава 770-800-0С, что выше температуры плавления на 50…1000С);
- выдержка (вынужденная) расплава в течение нескольких секунд до приложения давления (время выдержки зависит от скорости холостого хода ползуна пресса);
- формообразование отливки путем выдавливания расплава в закрытые полости (стенки корпуса) при давлении 80÷120 МПа;
- выдержка затвердевающей отливки под давлением; время выдержки до 10 сек;
- извлечение отливки из прессформы.
В штампе зазор между пуансоном и матрицей составляет 0,15 мм. Выступающая часть пуансона, оформляющая внутреннюю полость отливки, выполнена конусообразной с углом конуса 50.
Штамп подогревается до 250-2800С. При достаточно высоком темпе штамповки для поддержания постоянной температуры в штампе предусматривается система водяного охлаждения.
Штамповка корпуса и крышек ведется из сплава типа АК7. Твердость металла в зоне дна корпуса равна 105НВ.
На рис. 37 представлена поковка типа «чашка» из сплава АК12М массой 0,17 кг с наружным диаметром 93 мм, полученная жидкой штамповкой на гидравлическом прессе1600 кН.
Рис. 37. Чертеж поковки «чашка»
При массовом производстве таких поковок необходимо решить проблему дозированной подачи расплава с темпом штамповки до 200 штук в час с использованием многопозиционных штампов или роторных линий.
Конструкции штампов для жидкой штамповки широко представлены в специальной литературе [8,10].
В ряде случаев жидкой штамповкой получают детали типа тормозного барабана со встроенной в него чугунной вставкой.
9. Компьютерное моделирование технологических процессов штамповки.
9.1. Традиционная схема разработки технологического процесса объемной штамповки включает в себя ряд этапов и как правило опытную штамповку с дальнейшей корректировкой технологии. Применение компьютерного моделирования позволяет уменьшить объем работ при технологической подготовке производства (при разработке чертежа поковки, изготовлении штампа, корректировки штампов) в несколько раз.
В настоящее время для этой цели может использоваться конечно-элементная система QFORM2D/3D [11] и др.
Основной особенностью системы является:
-объединение двухмерного и трехмерного моделирования в одной программе;
- программа автоматически строит конечно-элементную сетку на поверхности и в объеме штампов и заготовки и перестраивает ее в процессе решения;
- возможность получения достаточно точной картины течения металла при изотермической штамповке деталей.
9.2. Примером эффективного использования системы QFORM2D/3D является технологическая подготовка производства детали «Корпус» (рис. 5 и рис. 38).
Рис. 38. Эскиз поковки корпуса
Технологические переходы изотермического выдавливания поковки представлены на рис. 39.
Рис. 39. Переходы изотермического выдавливания корпуса
Для поперечного выдавливания внутреннего штангоута было использовано технологическое кольцо из более дешевого алюминиевого сплава удаляемого затем резанием.
С помощью компьютерной программы удалось подобрать рациональный радиус перехода (R25) от вертикальной стенки в донной части корпуса.
Ранее запроектированный конструкторами радиус R=10 мм, оказался неприемлемым из-за возможного образования зажима.
Компьютерная программа позволила также установить характер и величины сопротивления деформации при комбинированном выдавливании «Корпуса» (рис. 38).
Таким образом, результаты, полученные с помощью имитационного моделирования с использованием программы «QFORM», дают возможность оценить условия протекания процесса с высокой точностью. При этом возможно изменение геометрических параметров инструмента и режимов штамповки практически без затрат на переточку и изготовление новой оснастки. Затраты же на установку программного продукта «QFORM» невелики и быстро окупятся за счет экономии при отработке технологии.
10. Рекомендации по созданию участков точной объемной штамповки в мелкосерийном и серийном производстве.
10.1. Реализация принципов групповой обработки.
Основным условием создания участка точной объемной штамповки является разрешение противоречия между малой партийностью изготавливаемых деталей и высокой производительностью прессового оборудования. Это противоречие может быть преодолено организацией группового метода производства поковок, основанного на реализации следующих принципов:
- единицей группирования принята деталеоперация, которая может быть подвергнута дроблению;
- группирование осуществляют путем комплектования деталеопераций и ведется по общности оборудования и технологической оснастки (штампов) на основе рационализации загрузки оборудования.;
- наполняемость групп и их увеличение осуществляется на основании предпроектных исследований, направленных на создание новых и совершенствование известных технологических процессов;
- расширение номенклатуры штампуемых сплавов обеспечивают в результате пересмотра всей заготовительной базы предприятия в сторону повышения доли штампуемых деталей и изготовления их по кооперации;
- число деталей, запускаемых в производство, определяется на основе экономического расчета с учетом минимума переналадок, затрат на складирование и расходов на незавершенное производство;
Группирование деталеопераций должно проводится с целью сокращения трудоемкости проектирования и разработки технологии, проектирования и изготовления штампов, снижения амортизационных расходов, снижения трудозатрат при штамповке. Только групповой метод обработки позволяет приблизить все виды затрат к уровню, достигаемому в массовом производстве.
Многовариантность технологических маршрутов пластического деформирования предопределяет возможность варьирования загрузкой прессового оборудования. Поэтому группирование следует проводить по общности оборудования и штамповой оснастки с использованием автоматизированной системы загрузки оборудования.
10.2. В качестве иллюстрации изложенных принципов группирования и структурной схемы групповой обработки рассмотрим организацию групповой штамповки (холодной и горячей) на небольшом участке, состоящем из двух кривошипно-коленных прессов с разными номинальными технологическими усилиями (например, Р=2500кН и Р=4000кН), рис. 40.
Этот участок имеет подразделение подготовки заготовок, на котором производится отрезка штучных заготовок, осадка (в необходимых случаях) и отжиг.
Между двумя прессами предусмотрена установка одного нагревательного устройства, позволяющего в ряде случаев (при горячей штамповке труднодеформируемых алюминиевых сплавов) увеличить наполняемость групп штампуемых деталей в холодном состоянии.
На представленной схеме группирование ведется на двух уровнях: на уровне технологической оснастки и оборудования. При этом группируются не детали, а деталеоперации.
Группирование деталеопераций по общности технологической оснастки предусматривает использование различных быстросменных рабочих наладок, устанавливаемых на одном из унифицированных штампов, принадлежащих одному из прессов.
Например, один штамп предназначен для штамповки втулок и т.п. изделий, штампуемых на провал, имеет сквозное отверстие в нижней плите (на нем же проводят и вытяжку с утонением), а второй предназначен для штамповки деталей типа стаканов, стержневых и т.п. изделий и имеет нижний выталкиватель.
Рис. 40. Структурная схема групповой штамповки деталей на типовом участке ХОШ
На схеме представлены различные технологические маршруты штамповки: К1, К2,К3, К5, …, Кn.
Так, например, по маршруту К1 заготовка поступает на пресс 1 и проходит только одну штамповочную операцию, после чего поступает как готовая поковка на механообработку. По маршруту К2 заготовка превращается в готовую поковку после штамповке на прессе 1, а затем на прессе 2.
По маршруту К3 после штамповки на прессе 1 полуфабрикат подвергается нагреву, а затем окончательную поковку получают горячей штамповкой на прессе 2.
По маршруту К5 поковку получают последовательно после первой операции на прессе 2 и второй операции на том же прессе, но после промежуточного отжига на участке подготовки заготовок.
Таким образом, специфика группирования заключается в группировании деталеопераций, число которых для одной детали может быть от 1 до 3-4 и более в зависимости от сложности поковки и технологических возможностей оборудования.