Методические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) (стр. 1 из 11)
Методические указания
Алюминиевые сплавы
в производстве деталей механизмов и машин
(Штампованные поковки)
Москва
2004 г.
Методические указания.
Выпущены кафедрой «Системы пластического деформирования» МГТУ «Станкин»
Зав. кафедрой: д.т.н., проф. Ю.П. Кирдеев
Разработал д.т.н., проф. А.Э. Артес
Аннотация
В методических указаниях рассматриваются технологические возможности использования алюминиевых сплавов при изготовлении деталей механизмов и машин методами точной объемной штамповки.
Анализируется тенденция развития металло-сберегающих технологических процессов изготовления деталей из алюминиевых сплавов, и отмечаются особенности конструкторско-технологической подготовки при их производстве. Основным содержанием методических указаний являются технологические процессы точной объемной штамповки деталей машин методами холодной и горячей объемной штамповки (в изотермических условиях пластического деформирования).
Обращается внимание специалистов машиностроения на экономическую эффективность использования алюминиевых сплавов взамен стали и чугуна.
Поковки – изделия кузнечно-прессового производства, подразделяются на кованные и штампованные. Поскольку поковки штампованные (реже штампованные заготовки, штамповки) составляют основную массу изделий поступающих на дальнейшую механообработку, технологические процессы изготовления поковок методами ковки в методических указаниях не представлены. Однако к штампованным поковкам условно отнесены и изделия, получаемые специальными технологическими процессами пластического деформирования (раскаткой, ротационным выдавливанием и др.). Технологические процессы изготовления стандартных деталей типа гаек, болтов, винтов, заклепок, гвоздей и др. в методических указаниях не рассматриваются.
Методические указания разработаны на кафедре СПД МГТУ «Станкин» по инициативе СУАЛ-ХОЛДИНГ; внесены департаментом глубокой переработки алюминия (директор департамента В.М. Чертовиков, ведущий специалист С.Л. Цукров) и рекомендуются для использования конструкторами и технологами при конструкторско-технологической подготовке производства деталей в машиностроении.
Термины и определения
В методических указаниях используются применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных операций ковки и штамповки. Поскольку в литературе зачастую встречаются и термины-синонимы, ниже представлены основные термины, вошедшие в соответствующие стандарты.
| Термин и ГОСТ | Определения | Термины-синонимы |
| Ковка ГОСТ 18970-73 | Обработка давлением с помощью универсального подкладного инструмента или бойков | Свободная Ковка |
| Штамповка ГОСТ 18970-73 | Обработка давлением с помощью штампа | |
| Поковка штампованная ГОСТ 7505-89 | Изделие, изготовленное горячей объемной штамповкой в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 8479 | Штамповка, штампованная заготовка |
УДК 621.735.043
Методические указания.
| Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин (Штампованные поковки) | январь 2004 |
Настоящие методические указания носят рекомендательный характер при конструировании деталей механизмов и машин из алюминиевых сплавов взамен чугунного кокильного литья, а также средненагруженных стальных деталей и устанавливают последовательность проведения работ по конструкторско-технологической подготовке производства деталей общемашиностроительного применения из алюминиевых сплавов методами точной объемной штамповки.
1. Особенности конструкторско-технологической подготовки производства деталей из алюминиевых сплавов.
1.1 Тенденция развития металло-сберегающих технологических процессов изготовления деталей из алюминиевых сплавов.
1.1.1 Одним из основных направлений повышения качества заготовительной базы машиностроения является увеличение доли изделий, изготовляемых штамповкой и литьем из легких сплавов. В России только 16% произведенного алюминия идет на изготовление машин, электротехники, в строительстве и производстве других изделий народного потребления. В том числе только 3,8% идет на изготовление деталей машин и оборудования и столько же в транспорте. В Японии эти показатели на порядок выше. В тоже время по потреблению чугуна на душу населения мы занимаем первое место среди индустриально развитых стран. Как известно, в производстве автомобилей и сельхозтехники замена чугунного литья на заготовки из алюминия является экономически выгодным и одновременно значительно повышающим экологическую чистоту технологических процессов [1].
1.1.2 Алюминий, как конструкционный материал, в настоящее время является одним из самых распространенных после стали. Бурное развитие потребления алюминия обусловлено такими его основными свойствами, как высокая удельная прочность (в 1,5 раза выше, чем у стали) в сочетании малой плотностью; удовлетворительная коррозионная стойкость; хорошая способность к формоизменению давлением, литьем и резанием; возможность соединения алюминиевых деталей в различных конструкциях с помощью сварки, пайки, склеивания и других способов; хорошая восприимчивость защитных и декоративных покрытий. Все это в сочетании с большими природными запасами алюминия (8%- алюминия, 5%- железа, 2%- магния, 0,01%- меди) определяет весьма широкие перспективы развития производства деталей из алюминия [2].
1.1.3 Основными тенденциями развития технологии точной объемной штамповки из алюминия является:
- конструирование деталей машин из алюминиевых сплавов взамен использования чугуна и стали;
- совершенствование технологии штамповки кристаллизующегося металла;
- совершенствование известных технологических процессов изотермической штамповки за счет включения в технологию прогрессивных способов деформирования методами поперечного и комбинированного выдавливания;
- разработка новых технологических процессов типа "Tixoforming" и др.
1.1.4 К точной объемной штамповке относят технологические процессы, в результате которых изделия (поковки) имеют незначительные припуски для дальнейшей механообработки (в несколько раз меньше, чем по ГОСТ 7505-89, «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски»), либо поверхности с малой шероховатостью и не подлежащие дальнейшей лезвизной или абразивной обработке. Для оценки точности введен показатель КНП (коэффициент необрабатываемых поверхностей), равный отношению необрабатываемых поверхностей поковок к площади всей поверхности детали. КНП деталей, изготовленных методами холодной объемной штамповки или методами порошковой металлургии, может достигать 0,85 - 0,95. Несколько ниже КНП при изотермической штамповке и штамповке методом тиксоформирования.
1.2 Анализ технологичности конструкции изделия.
1.2.1 Проектируя технологический процесс объемной штамповки, технолог на основе анализа возможных альтернативных вариантов, должен обеспечить необходимый уровень служебных характеристик, изменение формы заготовки, точные размеры и качество поверхности, улучшение свойств исходного материала, а в целом снижение себестоимости изготовления деталей.
1.2.2 При постановке изделия на производство необходимо проводить экспертную оценку технологичности конструкции изделия. Под технологичностью продукции понимается совокупность свойств конструкции изделия, проявляющихся в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства, изготовлении и эксплуатации по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения (ГОСТ 18831-73).
1.2.3 На основе анализа технологичности конструкции изделия, конструктору в ряде случаев следует проводить рационализацию конструкции детали, приспосабливая ее к оптимальной ресурсосберегающей технологии.
1.2.4 Последовательность проектирования технологических процессов холодной и горячей объемной штамповки деталей из алюминиевых сплавов практически мало отличается от методики принятой в области штамповки стальных деталей [4]. Существенным отличием являются термомеханические режимы деформирования. Более низкая температура нагрева алюминиевых сплавов (~ 4500С) и меньшие удельные силы деформирования металла обеспечивают более высокую стойкость штампов. При этом условия труда и требования экологии более благоприятны. Поэтому основное оборудование кузнечно-прессовых цехов машиностроительных предприятий не требует модернизации при переходе на штамповку из алюминиевых сплавов.
1.2.5 К особенностям технологических процессов штамповки алюминиевых сплавов следует отнести:
- возможность в ряде случаев сокращения числа металлургических переделов изготовления исходных заготовок для штамповки. Так , например, фланец (рис.1) может быть изготовлен
 Рис. 1. Схема прямого выдавливания фланцаиз кольцевой заготовки |
горячей штамповкой выдавливанием из кольцевой заготовки, полученной из полого слитка диаметром 426 м и с толщиной стенки 60 мм;
- возможность изготовления более широкого диапазона номенклатуры поковок и деталей, штампуемых в холодном состоянии, поскольку, в отличие от технологии холодной штамповки из стальных заготовок не требуется нанесения специальных покрытий (например, цинко-фосфатного) на поверхность заготовки для предотвращения адгезии;