Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Разработка технологического процесса

1.1 Характер и последовательность технологических операций

Технологический процесс рассматривается на примере базового профиля ПК 442.

Технологический процесс для профиля ПК 442 состоит из следующих операций.

Нагрев слитков под прессование ведется в индукционной печи ИН- 31 до температуры 480⁰С. Далее слиток с помощью поворотного стола транспортируется к загрузочному устройству пресса.

Процесс прессования ведется на прессе усилием 7,5 МН. Температура втулки контейнера 390-430⁰С. Профиль прессуется через одноканальную матрицу прямым методом. Прессуемая длина 2500мм.

Следующая операция -закалка в ВЗП.

Допустимый интервал нагрева на закалку -495-505⁰С.

Время выдержки-30-60 мин.

Температура начала отсчета -490⁰С.

Охлаждение в воде с содержанием хромпика Т=18-20⁰С.

Затем производится правка на растяжной машине усилием 315 т.с. со степенью деформации 1,5%.

Далее полуфабрикаты транспортируются на линию резки, где осуществляется отрезка концов, деформированных в губках растяжной машины, и отбор образцов для проверки механических свойств и макроструктуры.

Контроль качества. Объем контроля мехсвойств -10% от партии. Отбор образцов (темплетов) для испытания мехсвойств производится с выходного конца.

Объем контроля макроструктуры профилей -100% от партии. Отбор макротемплетов производится с утяжного конца. Образцы для контроля микроструктуры ( на пережог) вырезаются в лаборатории из головок образцов ранее отобранных для испытания мехсвойств с выходного конца.

Контролю на стилоскопе для определения марки сплава подвергается 100% изделий каждой партии. Контроль на стилоскопе производится на отрезанных выходных или утяжных концах. Заготовки под образцы подвергаются обязательному контролю на стилоскопе перед сдачей их в лабораторию.

В случае необходимости производится зачистка поверхностных дефектов.

Профили проходят приемку бюро технического контроля (БТК) на предмет соответствия требованиям ОСТ 190113-86.

Профили ПК 442 поставляются с консервацией. Если технические условия не предусматривают маркировку непосредственно изделий, к каждому пучку, стопе, пачке и т.д. изделий крепится ярлык (бирка), где указываются :

марка сплава, состояние материала, номер партии и клеймо (гриф) УТК завода- изготовителя.

Упаковка профилей производится в плотную битумированную бумагу.

Последняя операция -сдача на склад готовой продукции.

1.2 Технологический инструмент

А рабочие втулки -из более прочной стали 12Х18Н10. Для обеспечения высокой прочности и повышенной износостойкости прибегают к химико-термической обработке внутренней поверхности рабочих втулок-азотированию или диффузионному хромированию.

МАТРИЦА. При прессовании матрица продолжительное время непосредственно соприкасается с нагретым слитком. Большие удельные давления при истечении металла через матрицу, истирание ее поверхности при минимальных возможностях смазки и охлаждение -все это определяет тяжелые условия работы материала матрицы. Матрица ,применяемая при прессовании профиля ПК 442 плоская без обжимного конуса. При этом образуется «мертвая зона», что препятствует проникновению дефектов поверхности слитка в изделие.

Матрица цилиндрическая с буртом. Применение цилиндрических матриц, несмотря на некоторое увеличение расхода сталь на изготовление, обеспечивает значительное повышение их стойкости благодаря созданию надежных торцовых опорных плоскостей между матрицей, подкладкой и мундштуком. Под матрицу подготавливается подкладка, имеющая аналогичную профилю конфигурацию выходного отверстия и упрочняющая опасные участки. Применяется двухканальная матрица. По конструкции матрица монолитная.

Пресс-штемпель предназначен для передачи давления, создаваемого в цилиндре пресса, через пресс-шайбу на деформируемый металл. Пресс-штемпель изготавливают целиковым из специальных кованных поковок.

Обычно пресс-штемпель горизонтального гидравлического пресса в процессе прессования находится в сложном напряженном состоянии вследствие эксцентричного приложения рабочей нагрузки. Это объясняется тем, что в результате отсутствия идеальной ценровки пресс-штемпеля по рабочей втулке контейнера реакция приложенной к нему силы смещается на величину эксцентриситета, образованного между осями пресс-штемпеля и втулки контейнера.

Пресс-шайба предохраняет пресс-штемпель от теплового воздействия со стороны деформируемого металла. Пресс-шайба, как и торцевая часть пресс-штемпеля, воспринимает напряжения сжатия и смятия.

Изготавливают из стали 5ХНМ. Твердость пресс-шайб при этом не должна превышать твердости внутренней поверхности втулки контейнера во избежание образования надиров.

2. Технологические расчеты

2.1 Расчет исходной заготовки

Для определения размеров исходной заготовки необходимо рассчитать площадь поперечного сечения прессуемого профиля.

Разобьем площадь профиля на элементарные фигуры для вычисления площади поперечного сечения прессуемого профиля:

Первый 18*5=90;Второй 29*2=58;Третий 52*4=208;

F=a*b;

F₁=18*5=90;

F₂=29*2=58;

F₃₌52*4=208;

F= a1*b1+a2*b2+a3*b3+a4*b4=90+58+208=356.

Зная площадь профиля найдем площадь контейнера:

Fко= nF=25*1*356=8900 мм²;

Далее рассчитываем диаметр контейнера:

Dко=1,13*;

По рассчитанному значению Dко выбираем пресс усилием Р=7,5 МН и ближайший стандартный размер Dко=115 мм. Получив стандартные параметры пресса, уточним площадь контейнера и коэффициента вытяжки:

Fко= ;

;

Найдем диаметр заготовки : D=0,965*115=110,9 мм. При определении диаметра заготовки необходимо учитывать свободный ввод заготовки в контейнер:

-увеличение диаметра от нагрева (0,01-0,012)*D=0,012*110,9=1,330мм,

-зазор между контейнером и заготовкой (0,08-0,01)*D=0,01*110,9=1,109мм,

-плюсовый допуск на заготовку (0,007-0,013)*D=0,013*110,9=1,4417мм,

Проверим условие входа заготовки в контейнер:

Dmax=110,9+1,330+1,109+1,4417=114,7807<130 мм

Рассчитаем длину заготовки:

L=

прессование технологический профиль контейнер

где n=1;F=/4=3,14*110,9/4=9654,56 мм;l=2500мм; lко=500мм;

D=110,9 мм; Н=25 мм;=200 мм; Fко/Fз=10381,6/9654,56=1,075; m=Lмакс/(n*1)=25000/(1*2500)= 10(значение Lмакс берется для выбранного пресса); F=356мм²;

L=+25*1,075=1041мм.

m;

m==10.

m=Lмакс/(n*1),где L макс пр-максимально прессуемая длина изделия.

Проверим условие прямого прессования: L/D=1041/110,9мм=9,38>4,5 , следовательно процесс неосуществим, для исправления этой ситуации получившуюся длину заготовки делим на две части и снова проверяем поставленное условие: L/D=520,5/110,9=4,69>4,5; опять не проходит, тогда делим заготовку на три части:L/D=260,25/110,9=2,34, отсюда следует, что заготовка должна быть длиной 260,25.

Определим температурно-скоростной интервал режима прессования: интервал нагрева, приводящий к оптимальным условиям прессования, выбирают уменьшая максимально допустимую температуру на величину, равную разогреву от тепла деформации, с учётом охлаждения заготовки при переносе в контейнер.

Т_нагр=Т_н+Т_тр,

где Т_н=Т_max-Т_деф,

Т_деф=(_т*ln)/(c*), т=50 МПа(определяем по диаграмме пластичности для сплава Д1 при Т_мах=460⁰С. Т_макс для каждого сплава представлена в табл.7), =2780 кг/м³;- плотность, коэффициент вытяжки =29,16, с=870 Дж/(кг*град);

Т_н=Т_мах-Т_деф=460⁰С-1⁰С=459⁰С;

Т_деф=(т*ln)/(c*);

Т_деф=(50*10⁴*ln 29,16)/(870*2850)= 500000*3,37/2479500=

1685000/2479500=0,671⁰С.

Т_нагр=Т_н+Т_тр=459+20=479⁰С;

Падение температуры при транспортировке находится из выражения:

Т_тр=V_охл*_тр,

где _тр=20С(из интервала 10-30С), V_охл=2град/с(из интервала 2-5 град/с):

Т=2*10=20⁰С;

Определяем температуру прессования:

Т_н=460-1+20=479⁰С;

Выбранный интервал удовлетворяет требованиям высоких пластичных и низких прочностных свойств.

Допустимая скорость истечения V_ист для профилей из Д1 составляет 1,8-3м/мин(30-100мм/с). Скорость прессования V_пр и скорость V_ист связаны между собой соотношением:

V_ист=*V_пр, тогда:

V_пр=V_ист/=(30-100)/29,16=1,02мм/с;

Примем скорость прессования V_пр=1,02мм/с, тогда скорость истечения будет составлять V_ист=30мм/с.

3) Рассчитаем энергосиловые параметры процесса прессования:

Общее усилие прессования вычисляется по формуле:

Q=R_м+Т_кр+Т_м+Т_п,

Сначала вычислим все составляющие формулы, а потом полное усилие процесса:

R_м=*D²_ко*Sc;

Где =60⁰С; D_ко=115мм; Sc===(Sи берутся для конкретного сплава);

i=ln=ln29,16=3,37;

_ср.пр.=(₁+₂+…_n)/N,

где _ср.пр.-средняя толщина профиля,

_ср.пр.=(4+38+4)/3=15,33, тогда

I_доп.= ln=ln=0,79;

теперь находим усилие необходимое для осуществления деформаций без учета внешнего трения R_m:

R_m=

=4,34*657943,75=2855475,875=2,855МПа;

Найдем усилие необходимое для преодоления сил трения по боковой поверхности контейнера Т_кр:

Т_кр=*(L-h)**;

где S=55(см.табл.10); L=260,25; h-высота очага деформации,

h=(0,5-0,3)*D_ко/2=0,4*115/2=23 мм;

_кр.=0,5(без смазки), тогда:

Т_кр.=3,14*115*(260,25-23)*0,5*55=2355951,81=2,4 МПа,

Найдем усилие необходимое для преодоления сил трения по матрице:

Тм=(0,785/sin )*i_м*D²_ко*S_д.с,

где S_д.с.=(0,785/0,86)*3,37*115²*49,75=0,91*2217240,43=2017688,79 кг= 2,01 МПа.

Найдем усилие необходимое для преодоления сил трения по матрице:

Т_п=;

где _п=0,2; S_д.к.=55; F_тп- поверхность трения,

F_тп=П*1, где П- периметр профиля; l-длина калибрующего пояска;

l=6 мм;

П=18+5+8+29+25+4+52+4+25+29+8+5=212 мм,

F_тп=212*6=1272 мм²;

тогда:

Т_п=29,16*1272*0,2*55=408006,72 кг=0,41 МПа.

Полное усилие прессования будет составлять:

Q=2,01+0,41+2,4+2,855=7,675 МПа,

Чтобы получить расчетное усилие пресса следует умножить на коэффициент запаса К_з=1,3, далее сравнить получившееся усилие сравнить получившееся усилие сравнить с усилием выбранного пресса P=7,5 МПа),если оно будет больше, то следует взять пресс с прежним диаметром, но с большим усилием.

Q_р=1,3*7,675=9,97>7,5 МПа,

Следовательно, следует пересчитать расчетное усилие пресса, в нашем случае берем пресс с ближайшим большим усилием P=12 МПа, по табл.8 и проводим расчеты в той же последовательности. Такие расчеты ведутся до тех пор пока не найдут правильное решение. После этого делают вывод, что пресс выбран правильно.

3. Расчет инструмента на прочность

Контейнер

Прессование изделий невозможно без использования контейнера. Для того, чтобы противостоять таким нагрузкам, контейнеры делают сборными (бандажированными), состояние из двух и более втулок.

Втулки вставляются одна в другую с натягом, который достигается горячей посадкой. В многослойных контейнерах сжимающие напряжения от посадки втулок с натягом компенсируют часть рабочих растягивающих напряжений, возникающих при прессовании металла, и повышающих прочность контейнера.

Расчет системы «втулка-контейнер»

1. Определим давление прессования:

q_п=Q/,

Где Q-усилие прессования, Q=7,5МН=7,5*10 кг;

r_в=7,5*10⁵/(3,14*57,5²)=750000/10381,62=72,24 кгс/мм²=722,4 МПа.

2.Число слоев контейнера N_к=2, выбираем в зависимости от q по .

3.Допускаемые напряжения во втулках контейнера.

i=i*Ki;

где i-предел текучести металл i-той втулки при рабочей температуры работы контейнера,

₁=1450 МПа- внутренняя втулка;

₂=1300 МПа -наружная;

K_i-коэффициент запаса прочности i- той втулки,

K₁=1,4;K₂=1,3;

₁=1450/1,4=1035,7 МПа;

₂=1300/1,3=1000 МПа;

4. Среднее арифметическое из допустимых напряжений:

=,

=1/2*(1035,7+1000)=1017,85 МПа;

5. Коэффициент толстостенности:

Т_i=;

Т_i==0,98-0,70=0,52;

Т_i==1,01-0,72=0,53.

6. Геометрические размеры втулки:

r₁+1=r₁/Т_i;

r₁=D_ко/2=115/2=57,5мм;

r₂=57,5/0,52=110,57мм;

r₃=110,7/0,53=208,62мм;

7. Напряжение во втулках от давления прессования:

()=,

,

где и -радиальное и окружное напряжение;

r=r=57,5мм-внутренний радиус рабочей втулки контейнера;

r=r=208,62мм-наружный радиус контейнера;

841,104 МПа.

=270,864 МПа.

Размещено на Allbest.ru

...