Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE \* MERGEFORMAT50
СОДЕРЖАНИЕ
стр.50
|
Задание на проектирование………………………………………... |
- |
|
Реферат.............................................................................................................. |
3 |
|
Перечень листов графических документов………………….. |
4 |
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. |
5 |
|
1. характеристика ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК ……………………… |
7 |
|
1.1. Сведения о кузнечно-штамповочном цехе. Характеристика производственных участков……………………...…………………………… |
7 |
|
1.2. Номенклатура поковок. Их классификация………………………….. |
10 |
|
1.3. Характеристика материала поковок…………………………………... |
11 |
|
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА……………………………..... |
14 |
|
2.1. Конструирование поковки. Назначение напусков, выбор припусков и допускаемых отклонений ……………………………………………….......... |
14 |
|
2.2. Определение объёма и массы поковки. Технологическая характеристика поковки ……………………………………………................. |
15 |
|
2.3. Определение размеров и расчет массы исходной заготовки………… |
17 |
|
2.4. Термомеханический режим получения и обработки поковок ………. |
19 |
|
2.5. Определение силовых характеристик при деформировании заготовок. Выбор основного кузнечного оборудования……………………… |
20 |
|
2.6. Блок-схема технологического процесса получения поковок. Описание технологических операций……………………..…………………. |
24 |
|
3.КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА ……………………………….. |
29 |
|
3.1.Выбор материала и конструирование основного рабочего инструмента…………………………………………………………………….. |
29 |
|
3.2.Условие эксплуатации и стойкость рабочего инструмента………….. |
32 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………… |
35 |
|
Библиографический список…………………………………………. |
36 |
РЕФЕРАТ
В курсовом проекте разработана технология изготовления штампованной поковки удлиненной формы. В качестве изделия выбрана деталь «Лопатка рабочая правая» из сплава Вт6, которая применяется в системе рулевого управления основной опоры главного шасси.
Работа выполнена в соответствии с заданием на проектирование.
В проекте описаны технические условия на изготовление поковок штампованных, описана характеристика сплава Вт6, представлен проект технологического процесса изготовления штампованной поковки из сплава Вт6, расписана характеристика основного оборудования при производстве штампованной поковки.
Информационную базу работы составляет совокупность специальной и научной литературы по горячей объемной штамповке и ковке, технико-экономические данные, технологические инструкции, представленные цехом №22 ОАО “Корпорация ВСМПО-Ависма”.
Пояснительная записка курсовой работы содержит: 50 страниц, 11 рисунков, 16 таблиц, библиографический список из 14 наименований.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
|
№ п/п |
Наименование документа |
Обозначение документа |
Формат |
|
1. |
План цеха |
150.106.000.000.108.01.ОВ |
А1 |
|
2. |
Поковка штампованная «Лопатка рабочая правая» |
150.106.000.000.108.02.ОВ |
А1 |
|
3. |
Штамп окончательный |
150.106.000.000.108.03.СБ |
А1 |
|
4. |
Блок-схема технологического процесса получения поковки «Лопатка рабочая правая» |
150.106.000.000.108.04.ПЛ |
А1 |
ВВЕДЕНИЕ
Титан называют металлом новой техники. Нет ни одного металла, производство которого в последнее время получило бы столь бурное развитие.
Преимущество титановых сплавов перед другими конструкционными материалами заключается в том, что их высокая удельная прочность при комнатной и высоких температурах сочетается с коррозионной стойкостью на воздухе, в морской воде и многих химически активных средах. Титановые сплавы достаточно хорошо свариваются, пластичны при высоких и повышенных температурах, удовлетворительно обрабатываются резаньем, т.е. по технологичности удовлетворяют требованиям, предъявляемым к конструкционным материалам.
Технология производства титановых сплавов непрерывно совершенствуется, благодаря чему в настоящее время обеспечивается равномерность и стабильность свойств полуфабрикатов. Всё это создает перспективу широкого применения титана и его сплавов во многих отраслях народного хозяйства.
Главным потребителем титановых сплавов в настоящее время является промышленность, производящая летальные аппараты, где вопрос снижения веса конструкции имеет первостепенное значение. Эти сплавы применяются для основных деталей (лопаток, дисков, колец) компрессора реактивных двигателей; для изготовления деталей планера самолетов, шасси, фюзеляжа, деталей управления и др.
Титановые сплавы широко внедряются в судостроение. В первую очередь из титановых сплавов изготавливаются детали, соприкасающиеся с морской водой: обшивка, ходовые винты и узлы их крепления, детали морских помп и гидронасосов, теплообменников и др.
К недостаткам сплавов на основе титана относятся склонность к водородной хрупкости, активное взаимодействие с газами при повышенных температурах, особенно с кислородом, невысокие антифрикционные свойства, повышенная трудоемкость при обработке резанием, необходимость обработки давлением всех видов полуфабрикатов, как правило, в нагретом состоянии.
Наиболее распространенным методом производства полуфабрикатов из титановых сплавов является объемное деформирование в горячем состоянии и, в частности, такие широко применяемые процессы, как штамповка и прессование. Горячей штамповкой и прессованием получают детали самых разнообразных форм массой от нескольких граммов до сотен килограммов. Повышение эффективности изготовления продукции на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах невозможно без высокого уровня кузнечно-штампового производства, широкого внедрения прогрессивных технологических процессов ковки и штамповки.
Современное развитие кузнечно-штампового производства характеризуется повышением точности, сложности и габаритных размеров кованных и штампованных изделий, увеличением мощности и производительности кузнечного оборудования, внедрением механизированных и автоматизированных процессов. В настоящее время обработка металлов давлением является одним из основных способов изготовления деталей.
1. характеристика ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК
1.1. Сведения о кузнечно-штамповочном цехе. Характеристика производственных участков
Кузнечно-прутковый цех входит в состав предприятия и производит продукцию и полуфабрикаты из титановых сплавов. В соответствии с заданной программой производство кузнечно-пруткового цеха является серийным.
Кузнечно-прутковый цех специализируется на переработке продукции плавильных цехов объединения, кузнечных цехов, сортопрокатного производства.
В цехе установлено и действует кузнечное оборудование для производства штамповок, кованых прутков и оборудование для механической обработки прутков и дисков.
В состав кузнечно-штамповочного цеха входят производственные отделения, вспомогательные отделения, склады и служебные помещения. Цех подразделяется на 5 участков (в дальнейшем отделов).
Производственные отделы цеха
Отдел №1
Назначение отдела №1 – производство кованых прутковых заготовок из титановых сплавов, а также раскатных колец. Отдел №1 содержит следующее оборудование:
- ковочный пресс 20МН (1 единица);
- газовые камерные печи фирмы LOHER (6 единиц);
- камерные газовые нагревательные печи (2 единицы);
- газовые камерные нагревательные печи с выдвижным подом (2 единицы);
- электрические камерные нагревательные печи (7 единиц);
- печь для нагрева инструмента (1 единица);
- абразивно - зачистные машины (2 единицы);
- блок зачистной (3 единицы);
- кислородная газовая резка (1 единица);
- закалочные водяные баки с системой барботажа (2 единицы);
- дизельные автопогрузчики фирмы GLAMA (2 единицы), HYSTER (1 единица);
- кольцераскатной стан (1 единица).
Отдел №2
Назначение отдела №2 – производство поковок штампованных, лопаток из титановых, жаропрочных сплавов, сталей. В состав отдела № 2 входит следующее оборудование:
- ковочные вальцы;
- горизонтально-ковочная машина (2 единицы);
- электрическая карусельная нагревательная печь (9 единиц);
- электрическая камерная печь (7 единиц);
- гидровинтовой пресс усилием 56 МН(1 единица) и 63 МН (2 единицы);
- обрезной пресс 6,8 МН (1 единица), 10 МН (2 единицы) и 16 МН (1 единица);
Отдел №3
Назначение отдела №3 – механическая обработка кованых прутковых заготовок, поступающих из отдела №1. В состав входит оборудование:
- бесцентрово-токарный станок (6 единиц);
- центрово-токарный станок (2 единицы).
Отдел №4
Назначение отдела №4 – механическая обработка дисков, поковок штампованных, поступающих из отдела №2, а так же раскатных колец, поступающих с кольцераскатного стана, отдел №1.
Состав оборудования отдела:
- станки с ЧПУ (31 единица);
- станок токарно-карусельный универсальный (1 единица);
В состав входит участок УЗК дисков и поковок на базе установки фирмы SPERRI (2 единицы), и установки фирмы BIA (1 единица).
Отдел №5
Назначение отдела №5 – резка прутков после механической обработки на мерные заготовки, УЗК прутков после механической обработки. В состав отдела входит оборудование:
- установка УЗК (3 единицы);
- ленточные пилы (5 единиц);
- трубоотрезные станки (2 единицы);
- газорезка для газопламенной резки прутков (1 единица);
- токарно-винторезный станок для механической обработки образцов (2 единицы).
Для завершения цикла контрольных операций по выявлению остаточных поверхностных дефектов деформированного происхождения на прутковых заготовках, дисках, поковках и т.д. в цехе создан участок кислотного травления. После данной операции вся продукция проходит визуальный контроль на выявление дефектов, а также зоны возможного перегрева металла. Операция травления производится в кислотном растворе состава 10-12 % HNO3+1,5-2% HF.
К вспомогательным отделениям, службам и устройствам относятся отделения (мастерские) по ремонту оборудования и штампов, энергетическое хозяйство цеха, насосно-аккумуляторная станция, помещение для установки воздуходувок, помещение для санитарно-технических установок, лаборатория, технический контроль.
В кузнечно-штамповочном цехе имеются следующие склады: металла, заготовок, поковок, облоя, запасных частей, штампов, приспособлений, электродвигателей, кладовые инструмента и вспомогательных материалов.
К служебным и бытовым помещениям относятся административные, конторские для технической части, лаборатория, помещения для общественных организаций, здравпункт, душевые, гардероб, санитарные узлы и др.
1.2. Номенклатура поковок. Их классификация
Основная номенклатура цеха – штампованные поковки, лопатки, диски.
Штампованные поковки выпускаются с площадью проекции 100-35000 см2 и массой до 5 тонн. Номенклатура штампованных поковок охватывает широкий диапазон по всем геометрическим параметрам сложноконтурных деталей.
Поковки подвергаются ультразвуковому контролю на стадии обточенной мерной заготовки, а штампованные поковки типа "дисков" - дополнительно на стадии изготовления шайбы и после предварительной механической обработки дисков. Поковки подвергаются контролю геометрических размеров, испытаниям механических свойств при нормальной и повышенной температурах, контролю структуры металла.
Штампованные поковки лопаток подвергаются термической обработке для обеспечения требуемого уровня свойств, контролю механических свойств при нормальной и повышенной температурах, контролю макро и микроструктуры.
Штампованные поковки дисков подвергаются термической обработке для обеспечения требуемого уровня свойств, контролю механических свойств при нормальной и повышенной температурах, контролю макро и микроструктуры. Поковки дисков проходят ультразвуковой контроль и люминесцентный контроль, а также контроль геометрических размеров.
Основные представители номенклатуры изделий цеха представлены в таблице 1.1
1.3. Характеристика материала поковок
Металл в кузнечно-прутковый цех поступает в виде слитков, прессованных или катаных прутков. Из слитков изготавливают крупные поковки. Для большинства же поковок исходным материалом служат заготовки, нарезанные из прутков.
Химический состав сплавов заготовок из титановых сплавов приведен в табл.1.2; 1.3; 1.4.
Таблица 1.2
Химический состав титановых сплавов, ГОСТ 3864-80
|
Марка сплава |
Содержание легирующих элементов и примесей, % |
||||||||||
|
Al |
Mo |
Si |
Cr |
Fe |
V |
Zr |
C |
N |
H |
O |
|
|
Вт 3-1 |
5,5-7,0 |
2,0-3,0 |
0,15-0,40 |
1,0-2,5 |
0,42-0,43 |
- |
0,03 |
0,01 |
0,005 |
0,002 |
0,1 |
|
Вт 6 |
5,3-6,8 |
- |
≤0,15 |
- |
≤0,6 |
3,8- 4,8 |
≤0,30 |
≤0,10 |
≤0,05 |
≤0,015 |
≤0,20 |
|
Вт 8 |
5,8-7,0 |
2,8-3,8 |
0,20-0,40 |
- |
≤0,30 |
- |
≤0,50 |
≤0,10 |
≤0,05 |
≤0,015 |
≤0,15 |
|
Вт 22 |
4,0-5,7 |
4,5 5,0 |
- |
0,52,0 |
0,5-1,5 |
4,0- 5,0 |
- |
≤0,10 |
≤0,05 |
≤0,015 |
≤0,15 |
Таблица 1.3
Химический состав сплава Вт 9, ОСТ 1 90006-86
|
Содержание легирующих элементов и примесей, % |
||||||||||
|
Al |
Mo |
Si |
Cr |
Fe |
V |
Zr |
C |
N |
H |
O |
|
5,8-7,0 |
2,8-3,8 |
0,20-0,36 |
- |
- |
- |
0,8-2,5 |
≤0,10 |
≤0,005 |
≤0,015 |
≤0,15 |
Таблица 1.4
Химический состав сплава Ti-10V-2Fe-3Al, BMS7-260
|
Содержание легирующих элементов и примесей, % |
||||||||||
|
Al |
Mo |
Si |
Cr |
Fe |
V |
Zr |
C |
N |
H |
O |
|
2,6-3,4 |
- |
- |
- |
1,6-2,2 |
9,0-11,0 |
- |
≤0,005 |
≤0,005 |
≤0,015 |
≤0,13 |
Сплав Тi-10V-2Fe-3Al имеет сложный химический состав, его легирующие элементы делают этот сплав более прочным, но также значительно усложняют его обработку из-за узкого диапазона температур, при которых можно получить требуемую структуру и механические свойства. Механические свойства сплава Ti-10V-2Fe-3Al приведены в табл.1.5.
Таблица 1.5
Механические свойства сплава Ti-10V-2Fe-3Al
|
σ0,2, МПа |
σВ, МПа |
δ, % |
Ψ, % |
К1с, МПа×м1/2 |
KCU, МДж/м |
|
1000-1200 |
900-1400 |
4,0-8,0 |
15-25 |
60-100 |
0,6-0,9 |
Лопатки стационарных турбин изготавливают из жаропрочного сплава ХН65ВМТЮ. Химический состав лопаток должен соответствовать ГОСТ 5632-78, данные приведены в табл.1.6.
Таблица 1.6
Химический состав жаропрочного сплава ХН65ВМТЮ, ГОСТ 5632-78
|
Содержание легирующих элементов и примесей, % |
||||||||||||
|
Al |
Mo |
Si |
Cr |
Fe |
Mn |
W |
S |
P |
Cu |
B |
Ti |
Ni |
|
1,2-1,6 |
3,5-4,5 |
≤0,6 |
15,0-17,0 |
≤3,0 |
≤0,50 |
8,5-10,0 |
≤0,01 |
≤0,02 |
≤0,07 |
≤0,01 |
1,2- 1,6 |
60,9- 70,6 |
Основу этого сплава составляет никель. Ниже температуры 10000С происходит потеря пластичности металла, следовательно, ниже этой температуры не рекомендуется деформировать.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
2.1. Конструирование поковки. Назначение напусков, выбор припусков и допускаемых отклонений.
При проектирование чертежа поковки основой является конструкторский чертеж детали, требования, предъявляемые при назначении кузнечных напусков и припусков, принятых в отрасли. Таким образом, взятый за основу ОСТ 1.90002-86 "Поковки штампованные крупногабаритные и детали из них. Конструктивные элементы. Припуски на отработку и предельные отклонения на размеры", позволяют выбрать для принятой в качестве типового представителя номенклатуры поковки необходимые припуски и предельные отклонения на размеры:
1. Штамповочный уклон 50, кроме переменного.
2. Неуказанные радиусы 3 мм.
3. Предельные отклонения на недоштамповку +2,0 -0,5 мм
4. Остаток облоя не более 25 мм.
5. Смещение по плоскости разъёма
- в поперечном направлении не более 0,7 мм;
- в продольном направлении не более 1,4 мм.
Площади поперечных размеров по сечениям (для построения гравюры штампов) лопатки рассчитаны на ЭВМ и использованы для построения эпюры сечений и определения объема поковки.
Технические требования к поковке:
Форма, размеры и предельные отклонения на размеры штампованных заготовок должны соответствовать требованиям чертежей, согласованных между изготовителем и потребителем в установленном порядке.
Заготовки поставляются после термической обработки. Термическая обработка штампованных заготовок производится в электропечах с точностью поддержания температуры в пределах рабочего пространства печи не ниже, чем 10С.
Механические свойства должны удовлетворять требованиям ТУ 0964-447-07510017-98.
Штампованные заготовки должны быть очищены от окалины дробемётным способом. На поверхности заготовок не должно быть трещин, плен, заковов и раковин, инородных включений и волосовин. При наличии отдельных поверхностных дефектов глубина их залегания не должна превышать половины одностороннего припуска на механическую обработку.
Прутковый материал до запуска в производство подвергается ультразвуковой дефектоскопии на отсутствие внутренних дефектов.
2.2. Определение объема и массы поковки. Технологическая характеристика поковки
Поковка штампованная «Лопатка рабочая правая» (ЛГ-53А) по конструктивному признаку относится к поковкам вытянутых в плане по длине. Наибольшая площадь поперечного сечения в замковой части (головной) части поковки, а наименьшая в стержневой (участок пера) части. Кроме того, лопатка сложной конструкции - имеет значительную закрутку пера (до 90о) и антивибрационную часть пера. По конструктивному признаку лопатка относится к наиболее сложным поковкам шестой группы. Поковка лопатки относится ко второй категории точности и группе контроля.
Эскиз поковки представлен на рис. 2.1
Эскиз поковки «Лопатка рабочая правая»
Рисунок 2.1
Чтобы определить объем поковки штампованной, разделим её на несколько составляющих частей. Объем поковки штампованной определяем по формуле:
Vпок= Vi, (2.1)
где Vi – объем части поковки штампованной; i – 1,2,3,4 – номер части поковки штампованной.
Согласно компьютерной модели объем поковки штампованной составляет
Vпок = 318374, 5 мм3.
Массу поковки штампованной определим по формуле
Gпок = Vпок ×, (2.2)
где ρ =4,43×10-3 плотность сплава, кг/см³.
Gпок = 383,74× 4,43×10-3 =1,7 кг.
Поковка выполнена из сплава Вт6.
Титановый сплав Вт6 ГОСТ 19807-91ГОСТ - титановый деформируемый сплав 19807-91.
Химический состав в % материала ВТ6 представлен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Химический состав в % материала ВТ6
|
Fe |
C |
Si |
V |
N |
Ti |
Al |
Zr |
O |
H |
Примесей |
|
до 0,3 |
до 0,1 |
до 0,15 |
3,5 – 5,3 |
до 0,05 |
86,4 – 91,2 |
5,3 – 6,8 |
до 0,3 |
до 0,2 |
до 0,015 |
прочих 0,3 |
Основной легирующий элемент в сплаве – ванадий. Ванадий - самый распространенный из легирующих β-стабилизаторов в титановых сплавах. Особенностью этого элемента является то, что, повышая прочность, он также повышает и пластичность. По сравнению с другими β-стабилизаторами ванадий имеет большую растворимость и в α-титане (до 3%). Это дает возможность создавать сплавы, сочетающие преимущества однофазных α-сплавов (хорошая свариваемость) и двухфазных (способность к упрочняющей термической обработке).
Наряду с высокой прочностью титановый сплав ВТ6 сохраняет хорошую технологическую пластичность в горячем состоянии.
2.3. Определение размеров и расчет массы исходной заготовки
Поковка штампованная «Лопатка рабочая» (ЛГ-53А) по конструктивному признаку относится к поковкам вытянутым в плане по длине. Наибольшая площадь поперечного сечения в замковой части (головной) части поковки, а наименьшая в стержневой (участок пера) части. Кроме того, лопатка сложной конструкции - имеет значительную закрутку пера (до 43о) и антивибрационную часть пера. По конструктивному признаку лопатка относится к наиболее сложным поковкам шестой группы. Поковка лопатки относится ко второй категории точности и группе контроля.
Эскиз поковки представлен на рис. 2.1. Деталь указана пунктиром на эскизе поковки.
Эскиз поковки «Лопатка рабочая »
Рис. 2.1
2.3.1. Характеристика поковки
Поковка имеет габаритные размеры:
общая длина lп=247 мм;
длина пера лопатки – 205,6 мм;
ширина пера в (Вср) =117 мм;
толщина пера В1= 5 мм.
ширина замка – 106 мм;
высота замка – 23,3мм;
длина замка – 23,4мм.
Радиусы перехода пера к технологической бобышке- 8мм;
Радиусы перехода пера лопатки к замковой части- 10мм.
Площадь проекции детали:
Fпр= l хВср=247х117=28899 мм2.
2.3.2. Расчет размеров и массы заготовки
Эскиз поковки
Рис. 2.2
Vпок=ΣVi,
где n-количество элементов объемов поковки.
Находим объем замка лопатки рис.2 .3
Объем замка лопатки
Рис.2.3
V1=а ∙ в ∙ с=23,4∙23,3∙ 106=57793(мм)3.
Находим объем пера лопатки рис. 2. 4.
Объем пера
Рис.2.4
V2=306072 (мм3),
Находим объем технологической бобышки
V3=π R2 H=3,14 ·56,25 ·18=3179(мм3),
где R-радиус бобышки,
Н-высота бобышки.
Vпок=V1+V2+V3=367044 (мм3)=367(см3);
Gпок=Vпок · ρ=367·4,43·10-3=1,7 кг.
Площадь проекции поковки на плоскость штампа равна Fп=30000мм2.
2.3.3. Выбор заусенечной канавки и определение размеров заусенца
Подпор, создаваемый облоем зависит от формы и размеров мостика. При уменьшении Hз и увеличении Вз повышается сопротивление вытеканию металла в облой и создается подпор для заполнения полости штампа металлом.
Выбор канавки произведем по методике, изложенной в источнике [2].
Номер канавки и ее размеры выбираются по высоте мостика заусенца hз, который рассчитывается по формуле
hз=0,015, (2.3)
где Fп- площадь поковки в плане, мм2;
hз=0,015=2,6мм.
Рассчитанная по формуле (2.3.) толщина мостика Нз округляется до ближайшего значения из стандартного ряда Нз=3 мм. Определим объем облоя по формуле [2]
(2.4)
где V0- объем облоя, м3;
Рпок- длина условной линии, прочерченной центром тяжести сечения канавки при движении его вокруг контура поковки в плане, м;
Рпок=0,63м;
Sз.к.- площадь сечения канавки для заусенца, определяемая по табл.[2]
Sз.к =0,0201 м2.
ξ-коэффициэнт заполнения канавки, ξ=0,5.
Gз=V0 ∙ρ =6,3∙ 4,43·10-3=0,028кг.
Масса облоя с одной штампованной лопатки составляет 0,028кг.
Схема облойной канавки
Рис.2.5
2.3.4.Определение размеров и массы заготовок под штамповку лопаток.
Масса заготовки Gзаг равна:
Gзаг=Gпок+Gз+Gт.от.,
где Gт.от-масса технологических отходов в процессе изготовления поковки.
Опыт освоения поковки такого класса показал, что Gт.от. составляет 20% от массы поковки.
Gт.от=0,2Gпок,
Gт.от.=0,2· 1,7=0,34кг.
Подставляем полученные значения в формулу массы заготовки:
Gз=1,7+0,028+0,34=2,3кг.
В технологические отходы входит облой на предварительной штамповке и потери металла при дробеметной обработке.
Объем заготовки рассчитывается по формуле:
Vзаг=
где ρ =4300-плотность сплава Вт6,кг/м3 ;
Vзаг=0,00054м3.
2.3.5.Построение исходной заготовки и эпюры сечений
Для выбора заготовки строим эпюру сечений поковки лопатки. Исходя из условий деформирования заготовки в окончательном штампе с обрезкой облоя по контуру лопатки, необходимо добавить металл на формирование облоя. Эпюра сечений и диаметры расчетной заготовки приведена на рис. 2.6.
Для построения эпюры поковка разбивается на ряд характерных сечений в поперечном направлении. На рис.2.7 показана форма нескольких характерных сечений поковки лопатки. На горизонтальной оси откладываются продольные размеры поковки, на вертикальной оси - площадь соответствующих поперечных сечений.
Площадь каждого поперечного сечения
Si=Sпi+2Sобл,м2, (2.5)
где Si-площадь i-того поперечного сечения заготовки, мм2;
Sпi-площадь i-того поперечного сечения поковки, мм2;
Sобл-площадь сечения облоя, мм2;
,
где ξ- коэффициэнт заполнения заусенчатой канавки, мм, ξ =0,5;
Sз.к.- площадь сечения канавки для заусенца,мм2.
S2=106 ·23,3+2· 201=2871,8 мм2,
S3=116·10+2·201=1562мм2,
S4=114·11+2·201=1656 мм2,
S5=112·13+2·201=1858 мм2,
S6=18·18+2·201=726мм2,
S1=S7=Sобл,
Sобл=0,5∙69=34,5мм2.
Sобщ=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7=8742,8мм2
Sср=1249мм2
Sср- средняя площадь сечения поковки
Из-за сложной конфигурации пера лопатки расчет площадей сечений осуществляется на ЭВМ. В программу закладывается информация исходных точек поковки, угол разворота ее в штампе. На принтере выдается чертеж каждого сечения, таблица координат профиля пера. Это позволяет производить точный расчет заготовки под деформацию. Эскиз поковки лопатки с указанием расположения выбранных характерных сечений приведен на рис. 2.8.
Расчетная заготовка - условная заготовка с круглыми поперечными сечениями, площадь каждого из которых равняется суммарной площади соответствующего поперечного сечения поковки и облоя.. Расчетную заготовку иногда называют эпюрой диаметров, так как ее строят по диаметрам сечений, вычисляемых по формуле (2.5)
dэi=, тогда (2.6)
dмах=
dmin=
dср=.
Оценивая сложность поковки найдем значение коэффициентов:
= dmax / dср = 60/43 = 1,4, (2.7)
= LП/ dср = 247/43 =5,7. (2.8)
С учетом массы заготовки с облоем Gз =2,3кг и коэффициентов =1,4 и =5,7 по диаграмме для выбора заготовительных ручьев, предложенной А.В. Ребельским находим, что требуется комбинация ручьев: протяжной и подкатной закрытый ручей.
С учетом того, что площадь поперечного сечения поковки лопатки значительно изменяется по длине пера, применение таких ручьев не рентабельно, поэтому применяем высадку замка на ГКМ.
Расчетную заготовку упрощают, сглаживая ломаный контур. При этом должно соблюдаться равенство объемов.
Для получения заготовки под штамповку принимаем пруток диаметром 45мм. Для определения длины производим расчет объемов по элементам.
.
Итак, исходя из выпускаемых на предприятии прутков и расчетных данных, я выбираю заготовку для поковки Ø 45 мм.
На рис. 2.5. показан эскиз заготовки для штамповки лопатки (после высадки), полученный на основании эпюры рис. 2.8.
Эскиз заготовки для штамповки лопатки после высадки
Рис.2.6
Эпюра сечений и диаметров расчетной заготовки
Рис.2.7
Характерные сечения пера поковки лопаткиРис.2.8
2.3.6. Расчет высадки заготовки
Высадкой на ГКМ будет получена замковая часть лопатки.
Объем замка равен V1=57793мм3
Длина высаживаемой части замка
Lв=
где d - диаметр прутка, мм;
Lв=
Расчет размеров заготовки по переходам выполним по методике, изложенной в источнике [11].
Определим коэффициент высадки замка
m=0,8. (2.9)
Определим относительную длину высадки
0,28=0,28∙0,8=0,224.
Рассчитаем диаметры оснований конической полости
Больший диаметр полости , (2.10)
где α-коэффициент принимаемый исходя из рекомендаций, изложенных в [9], α=1,3.
мм.
Меньший диаметр полости (2.9)
где β- коэффициент принимаемый исходя из рекомендаций, изложенных в [9],β=1,05.
мм.
Определяем длину полости (2.10)
lп=45(0,8-0,224)=25,92мм.
Для учета возможного несовершенного заполнения полости ее расчетную длину увеличивают примерно на 5-6% с тем, чтобы полость получила несколько большие размеры:
lп=25,92∙1,05=27,216мм.
Средний диаметр конического участка заготовки после высадки
Относительная длинна конусной части после высадки
.
Допускаемое значение коэффициента высадки для трудно деформируемых сплавов равно m=0,3….1,8. Так как значение m входит в границу допустимых значений, то дальнейшего набора материала не требуется.
2.4. Термомеханический режим получения и обработки поковок
Для снижения сопротивления деформации, увеличения пластичности заготовки, увеличения срока службы инструмента необходимо применять нагрев заготовок.
В качестве нагревательного устройства выберем камерную электропечь.
Нагрев в электрических печах сопротивления обеспечивает значительно меньшее насыщение титановых сплавов водородом по сравнению с нагревом в пламенных печах. Поэтому нагрев титановых сплавов следует производить в электрических печах. Печи должны быть оборудованы стационарными терморегуляторами и термопарами. В рабочем пространстве печи необходимо поддерживать равномерную температуру. В начальный период нагрева титановых сплавов может возникать большой перепад температур по сечению заготовки, что может вызвать термические напряжения и образование микро и даже макро трещин. На титановые сплавы при высоких температурах оказывает резкое воздействие газовая среда, в которой производится нагрев. Наибольшее влияние оказывает кислород и в особенности водород.
Согласно технологической инструкции ТИ 22-005-К и данным для сплава ВТ6 температура полиморфного превращения Тпп = 9920С.
Рекомендуемая температура нагрева при штамповке составляет T=(TПП-40)±10 0С. Точное значение температуры выбирается для каждой плавки (небольшие отличия химического состава изменяют Тпп).
Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки для сплава ВТ6 представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Режимы упрочняющей термической обработки титанового сплава ВТ6
|
Марка сплава |
Температура полиморфного превращения Тпп, ° С |
Температура |
Температура |
Продолжительность |
|
ВТ6 |
980–1010 |
900–950 |
450–550 |
2–4 |
2.5. Определение силовых характеристик при деформировании заготовок.
Для определения усилия штамповки необходимы сведения о сопротивлении деформации металла. Под сопротивлением деформации понимается напряжение одноосного растяжения или сжатия, при котором
происходит однородное пластическое деформирование. Сопротивление деформации зависит от многих переменных, основными из которых являются химический состав и структура металла, температура, скорость и относительная деформация.
Степень деформации
(2.11)
где Н2–высота заготовки после первого перехода,
Н3-высота после деформирования.
Время деформации
(2.12)
где V скорость ползуна, м/с;
Н абсолютное обжатие заготовки при штамповке (по обжатию замковой части), м.
Скорость деформации
Сопротивление деформации S при температуре t=940°С определяется по формуле[13]
где a0=25810,
a1=0,0946,
a2=-0,3461,
a3=0,2370,
a4=-0,00570;
T=750÷10500C,
=5,5÷24 сек-1,
ε=0,1÷0,8.
Подставляя полученные данные, получаем:
Усилие штамповки лопаток на ГВП определяем по формуле[]:
где В-ширина поковки с мостиком заусенца,
Нз-высота мостика заусенца,
FП площадь проекции поковки в плане, м2.
Для штамповки применяем гидровинтовой пресс усилием 63МН
2.5.1 Выбор основного кузнечного оборудования
В качестве основного оборудования для изготовления штампованной поковки лопатки шифра ЛГ-53А из титанового сплава ВТ6 является установленный в цехе гидравлический вертикальный пресс 5600/6300 тс (56/63 МН), горизонтально-ковочная машина 900 тс “Eumuco”, обрезной пресс 1000 тс и печи для нагрева заготовок СДО.
Для производства лопаток в цех поступает горячекатаные или прессованные прутки, обточенные или шлифованные до необходимого диаметра, прошедшие ультразвуковой контроль.
При входном контроле металла проверяется соответствие химического состава, производится контроль механических свойств прутков, после чего металл запускается в производство.
Заготовки автоматически загружаются в карусельную печь, где происходит нагрев металла.
Таблица 2.3
Краткая техническая характеристика нагревательной электрической печи СДО
|
Наименование параметра |
Значение |
|
Установочная мощность, кВт |
1115 |
|
Мощность одной электрической зоны, кВт |
223 |
|
Число электрических зон |
5 |
|
Максимальная температура, 0С |
1180 |
|
Напряжение питающей сети (трехфазное 50 Гц), В |
380 |
|
Максимальная масса садки, т |
30 |
|
Мощность холостого хода, кВт |
280 |
|
Время разогрева печи до рабочей температуры, час |
6 |
|
Удельный расход электроэнергии, кВт/кг |
0,15 |
|
Размеры рабочего пространства, мм |
3070×5755×2540 |
|
Масса печи, т |
127 |
Перепад температур в зоне нагрева должен быть минимальным: 10С. Заготовки загружаются в печь поплавочно. Время выдержки зависит от сечения заготовки, способа укладки и числа загружаемых заготовок и для каждого типоразмера лопатки уточняется по показаниям термопары, зачеканенной в заготовку (темплет). Общее время пребывания в печи заготовок должно быть минимальным. Рекомендуемая температура нагрева титановых заготовок под деформацию (наклеп, фасонирование, вальцовка, высадка, штамповка) в (α+β)–области должна быть ниже на 10-40 0С температуры полиморфного превращения (табл. 2.1).
Таблица 2.4
Диапазон изменения температуры полиморфного превращения титановых сплавов
|
Марка сплава |
Температура полиморфного превращения,0С |
|
ВТ3-1 |
950-990 |
|
ВТ6 |
950-990 |
|
ВТ8 |
970-1010 |
|
ВТ9 |
970-1010 |
Следующим этапом является перенос фасонированной заготовки в карусельную печь для нагрева под высадку на ГКМ. Из печи заготовки при помощи робота-манипулятора подаются на ГКМ с горизонтальным разъёмом матриц, где происходит высадка замка лопатки.
Таблица 2.5
Краткая техническая характеристика ГКМ 900 тс
|
Номинальное усилие высадки |
900 тс |
|
Производительность |
180 шт/ч |
|
Количество посадочных мест, возможное для установки рабочего инструмента |
4 |
Рациональная схема формоизменения заготовок по переходам должна обеспечивать получение поковок лопаток:
за минимальное число переходов,
с высокой точностью,
с минимальным расходом металла,
с достаточно однородной деформацией всего объёма металла заготовки,
с однородной структурой и требуемым объёмом механических свойств.
Фасонирование заготовки должно обеспечивать точное распределение объёма металла по длине поковки при предварительной штамповке.
После проведения этих операций заготовки подвергаются дробемётной обработке, затем производится контроль геометрии и визуальный осмотр качества поверхности с последующей зачисткой дефектов.
Далее высаженные заготовки поступают на линию прессов.
Штамповка лопаток производится за минимальное число переходов, которое определяется по сечению с максимальной суммарной деформацией перьевой части заготовки и по допустимой для металла величине деформации при штамповке (30 - 35 % для титановых сплавов).
Принимаем три перехода: заготовительная, предварительная и окончательная штамповки.
Заготовки нагревают в карусельной электрической печи сопротивления до температуры 9700С, после чего производится заготовительная штамповка на гидровинтовом прессе (ГВП) в предварительном штампе.
Далее заготовки переносим в карусельную печь для нагрева, с последующим проведением предварительной штамповки на ГВП в этом же штампе до полного смыкания штампов.
Перед тем, как производить окончательную штамповку заготовки подвергаются дробемётной обработке, контролю геометрии и качества поверхности. Выявленные дефекты зачищаются.
Окончательную штамповку производим на ГВП усилием 63 МН за один ход пресса. На обрезном кривошипном прессе усилием 6,3 МН производим обрезку облоя. Обрезку облоя следует производить сразу после штамповки.
Ручей штампа следует смазывать перед каждой штамповкой заготовки. После удаления отштампованной заготовки ручей штампа необходимо обдувать сжатым воздухом с целью устранения накопления окалины.
Далее поковки поступают на термомеханическую обработку в изотермических условиях. Лопатки нагреваются в электрической карусельной печи до температуры 900 0 С, выдержка в печи 60минут, и производится правка на прессе для изотермической штамповки с усилием деформации не более 10%. Температура правочных штампов поддерживается до 900 0С. Далее поковка охлаждается на воздухе в подвешенном состоянии. После чего производится отжиг для снятия внутренних напряжений при температуре 550 0С, выдержка в печи 2часа, охлаждение в песке.
После каждого перехода на поковках должен проводиться 100 % контроль геометрии и качества поверхности на выявление дефектов, которые следует удалять пологой зачисткой.
Термообработанные лопатки подвергают дробеструйной обработке и 100% контролю твёрдости, геометрии на приборе контроля профиля пера при помощи специальных шаблонов.
Контроль структуры и свойств лопаток производится в соответствии ТУ на поставку (2 шт. с крайними значениями твёрдости от партии).
Завершающими этапами являются клеймение, упаковка и сдача поковок на склад.
Краткая техническая характеристика гидровинтового пресса 6300тс представлена в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Техническая характеристика ГВП с номинальным усилием 63 МН
|
Основные параметры |
Единицы измерения |
Величина |
|
|
Номинальное усилие |
МН |
63 |
|
|
Максимально допустимое усилие |
МН |
125 |
|
|
Полезная энергия |
кНм |
160 |
|
|
Установочная мощность |
кВт |
824 |
|
|
Диаметр винта |
мм |
800 |
|
|
Максимальный ход ползуна |
мм |
800 |
|
|
Максимальная скорость ползуна |
м/с |
0,7 |
|
|
Максимальное количество ходов |
мин-1 |
8 |
|
|
Параметры рабочей зоны пресса: |
ширина |
мм |
1600 |
|
длина |
мм |
3360 |
2.6. Блок-схема технологического процесса получения поковок. Описание технологических операций
Блок-схема технологического процесса изготовления поковки приведена на рис. 2.9.
«Лопатка рабочая»
Рис.2.9
Блок 1. Входной контроль, взвешивание заготовки на контрольных весах.
Контроль геометрических размеров заготовок проводят с помощью измерительных инструментов:
- линейка поверочная ШП-1000, ГОСТ 8026-92;
- линейка измерительная 300, ГОСТ 427-75;
- штангенциркуль ЩЦ-II-250-0,1. ГОСТ 166-89;
Химический состав заготовок проверяют при входном контроле по протоколу цеха.
Контроль макроструктуры проводится по МК 164-22-75.
Контроль микроструктуры проводится по МК 266-22-80.
Контроль качества поверхности производится визуально.
Контроль коробления осуществляется на поверочной плите ГОСТ 10905 при помощи штангенрейсмасса ШР-250, ГОСТ 164-90; на домкратах с помощью штангенглубиномера ШГ-250, ГОСТ 162-90 или при помощи шаблона радиусного № 1, ТУ 2-034-228-87.
Контроль маркировки проводят визуально.
Общие положения по работе с дефектами продукции изложены в СТП 805.18.108-95, в СТП 805.18.133-93, СТП 805.18.129-95, СТП 805.18.065-93.
В стандартах устанавливается единый порядок классификации дефектов, порядок сбора, учета, анализа выявленных дефектов и причин их возникновения, разработка мер корректирующего воздействия, оценка эффективности мер корректирующего воздействия, порядок предъявления и удовлетворения рекламаций, действия с самой несоответствующей продукцией.
Конкретно порядок обнаружения дефектов, регистрации, учета, накопления, периодичность систематизации и анализа дефектов по их количеству и причинам возникновения, разработки мер по улучшению качества дисков автомобильных и определения эффективности этих мер изложен в СТП 805.18.176-95.
Блок 2. Подготовительные операции.
Эмалирование производят для защиты поверхности поковки от окисления и газонасыщения, а также с целью лучшего оформления их при штамповке. Эмалирование производится в специальных стеллажах вручную при помощи кисти и стеклоэмали
Блок 3. Нагрев, высадка и сплющивание “головы”.
Нагрев заготовок перед заготовительной штамповкой производится в нагревательной электрической печи сопротивления САО. Заготовки загружаются в печь, нагретую до температуры Т=(840-40)10 ºС. Время технологической выдержки 35+35 минут.
Высадка и сплющивание “головы” производится на гидравлическом ковочном молоте усилием 9 МН с помощью кузнечного инструмента. Высадка производится в трех ручьях с контролем диаметра 76 мм – после второго перехода при настройке.
Блок 4. Отделочные операции.
Дробеметная обработка. Дробеметная обработка применяется для очистки поковки от окалины. Сущность очистки состоит в том, что на очищаемые поковки из сопла с большой скоростью вылетает чугунная дробь ДЧК. Поковки при этом должны поворачиваться разными сторонами относительно сопла, чтобы очистка произошла со всех сторон. Расход дроби составляет 2,5-3,5 кг безвозвратных потерь (дробь крошится) на 1 т поковок. Недостатком является то, что имеющиеся на поковке дефекты в виде трещин могут быть забиты и в дальнейшем их трудно обнаружить. Дробеметная обработка производится на дробемете 42223. Поверхность штампованных поковок и заготовок после дробеметной обработки должна быть чистой и не иметь остатков окалины и стеклоэмали. При наличии окалины или смазки производится доочистка изделий в дробеметном барабане в течение 10 минут.
Зачистка дефектов, необходима для удаления мелких дефектов с помощью бормашинки.
Блок 5. Нагрев заготовок и 1 заготовительная штамповка.
Нагрев заготовок перед 1 заготовительной штамповкой производится в нагревательной электрической печи сопротивления камерного типа САО при Т=(840-40)10 ºС; время технологической выдержки 40+40 минут
1 заготовительная штамповка в заготовительном штампе за один переход на прессе 63 МН. Штамповка проводится с применением отбойной планки с обеспечением недоштамповки + 6 мм, добиваемость H=55±2 мм. Охлаждение лопаток на воздухе не менее 30 мин.
Блок 6. Нагрев и 2 заготовительная штамповка.
Нагрев перед 2 заготовительной штамповкой производится в нагревательной электрической печи сопротивления камерного типа САО при Т=(840-40) 10 ºС, время технологической выдержки 40+40 минут;
2 заготовительная штамповка в заготовительном штампе за один переход на прессе 63 МН. Штамповка проводится с обеспечением недоштамповки H=49±2 мм. Контроль смещения: в поперечном направлении не более 0,7 мм; в продольном направлении – не более 1,4 мм. Охлаждение лопаток на воздухе не менее 30 мин.
Блок 7. Отделочные операции
Дробеметная обработка. Контроль качества поверхности, местная зачистка поверхности с помощью бормашинки.
Блок 8. Нагрев и предварительная штамповка.
Нагрев перед предварительной штамповкой производится в нагревательной электрической печи сопротивления камерного типа САО при Т=(840-40) 10 ºС, время технологической выдержки 35+35 минут;
Предварительная штамповка на ГВП 63 МН. Добиваемость: H=40+2 мм. Контроль смещения – в поперечном направлении не более 0,7 мм; в продольном направлении не более 1,4 мм. При наличии замкнутого облоя по всему контуру штамповки - обрезка облоя на обрезном прессе 10 МН с помощью обрезного штампа.
Блок 9. Нагрев и окончательная штамповка.
Нагрев перед окончательной штамповкой производится в нагревательной электрической печи сопротивления камерного типа САО при Т=(840-40) 10 ºС, время технологической выдержки 35+35 минут;
Окончательная штамповка на ГВП 63 МН в окончательном штампе. Добиваемость: H1=32,5+2 мм. Контроль смещения – в поперечном направлении не более 0,7 мм; в продольном направлении не более 1,4 мм.
Блок 10. Обрезка облоя, правка.
Учитывая криволинейную плоскость разъема штампов, связанную с закруткой пера лопаток, а в связи с этим неравномерное течение металла в поперечном направлении поковки, предусматривается обрезка облоя после каждой формообразующей операции.
Обрезка облоя производится на обрезном прессе 10 МН с помощью обрезного штампа. Нагрев (ТМО) в печи САО 60.40 при температуре Т=90010 ºС. Загрузка первой садки производится с образцом свидетелем. Отсчет времени выдержки садки с момента достижения на заданную температуру – не менее 40 мин, +30 мин – время обработки садки. Общее время нагрева с момента загрузки последующих садок – с учетом времени выхода на режим первой садки.
Правка производится на ПР.104 на установке УИС-780 с помощью кузнечного инструмента и правочного штампа. Температура правочного инструмента Т=90010 ºС.
Блок 11. Термообработка.
Термообработка (отжиг – II ступень)– в электропечи АГ29 на поддонах. Отжиг штамповки в соответствии с картой термообработки. Этот режим термообработки является полным отжигом и необходим для снятия остаточных напряжений после деформации заготовки. После отжига поковки охлаждают на воздухе с укладкой на ребро.
Блок 12. Зачистка поверхности, приемочный контроль.
Приемка поковок производится на соответствие размеров поковки чертежу, наличие наружных дефектов: забоин, вмятин, сколов. Контроль коробления, контроль качества поверхности. Сдача поковок на склад.
3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
3.1.Выбор материала и конструирование основного рабочего инструмента
Для обработки металлов давлением применяют инструменты – штампы, пуансоны, ролики, валики и т.д., деформирующие металл. Стали, принимаемые для изготовления инструмента такого рода, называют штамповыми.
Штамповые стали делятся на две группы: деформирующие металл в холодном состоянии и деформирующие металл в горячем состоянии. Условия их работы сильно различаются между собой.
Например, при деформации в горячем состоянии штампуемый металл под действием сближающих половинок штампа деформируется и заполняет внутреннюю полость штампа. В работе внутренняя полость («фигура»), которая деформирует металл, соприкасается с нагретым металлом, поэтому штамповая сталь для горячей штамповки должна обладать не только определенными механическими свойствами в холодном состоянии, но и достаточно высокими механическими свойствами в нагретом состоянии.
Ввиду многочисленных и разнообразных требований, предъявляемых к штампам в зависимости от назначения, для их изготовления применяют стали различных марок, начиная от простых углеродистых и заканчивая сложнолегированными.
Штамповые стали для горячего деформирования должны иметь определенный комплекс свойств. Рассмотрим их.
Теплостойкость. Высокие жаропрочные свойства не должны снижаться под длительным воздействием температуры, металл должен устойчиво сопротивляться отпуску.
Жаропрочность. Металл должен обладать высоким пределом текучести и высоким сопротивлением износу при высоких температурах, чтобы замедлить процессы истирания и деформирования элементов фигуры инструмента, разогревающихся от соприкосновения с горячим обрабатываемым материалом.
Термостойкость (разгаростойкость). Циклический нагрев и охлаждение поверхности инструмента во время работы и, следовательно, чередующееся расширение и сжатие поверхностных слоев приводят к появлению так называемых разгарных трещин. Для предупреждения данного явления материал инструмента должен обладать высокой разгаростойкостью (высоким сопротивлением термической усталости).
Вязкость. Деформирование металла при штамповке сопровождается ударными воздействиями этого металла на штампы, поэтому материал штампов должен обладать известной вязкостью для предупреждения поломок и выкрашивания.
Износостойкость.
Окалиностойкость. Она необходима, если поверхностные слои нагреваются выше 600оС и особенно 700оС; в этих условиях окалиностойкость в большей степени определяет износостойкость.
Теплопроводность.Необходима для лучшего отвода тепла, передаваемого деформируемой заготовкой.
Прокаливаемость. Многие инструменты имеют большие размеры. Для получения хороших прочностных свойств в нижележащих слоях сталь инструмента должна хорошо прокаливаться.
Отпускная хрупкость. Так как быстрым охлаждением инструментов крупных размеров нельзя устранить отпускную хрупкость, то необходимо выбирать сталь минимально чувствительную к этому пороку.
Слипаемость. При значительном давлении горячий металл может «прилипать» к металлу штампа (явление адгезии), и когда штампуемое изделие отдирается от штампа, то оно всякий раз частично разрушает его поверхность. Разрушение будет выражено тем сильнее, чем больше адгезионное взаимодействие.
Кроме того, стали для штампов, поверхностный слой которых сильно нагревается (выше 600оС), должны иметь высокие температуры критических точек.
При проектировании штампа для титановых сплавов необходимо учитывать меньшую, чем для стали, усадку. Усадка зависит от температуры нагрева штампа и температуры заготовки в конце штамповки и для большинства титановых сплавов находится в переделах 0,5÷0,7%. Для заготовок длиной более 230мм при температуре окончания штамповки выше 850 С и температуре нагрева штампов порядка 200С принимают 0,7%.
При проектировании штампа для изготовления заготовок повышенной точности усадку следует определять с учетом намеченных температурных условий деформирования по формуле:
где 1 - средняя величина коэффициента линейного расширения штампуемого материала при нагреве его от комнатной температуры до температуры окончания штамповки;
Т1 – температура заготовки в момент удаления ее из штампа;
2 – коэффициент линейного расширения штамповой стали при температуре нагрева штампа;
Т2 – температура нагрева штампа, поддерживаемая в процессе работы.
Шероховатость поверхности ручьев штампа должна соответствовать 9-10 классам. Класс шероховатости остальных поверхностей такой же, как у штампов для заготовок из стали.
Штампы изготовляют из штамповых сталей, относящихся к инструментальному классу. Для улучшения свойств рабочей поверхности штампа применяют некоторые виды химикотермической обработки и наплавку. Наиболее эффективным средством против «схватывания» деформируемого металла со стенками штампа при обработке титановых сплавов является сульфидирование. Сульфидирование увеличивает износостойкость, снижает трение. Штампы из стали 5ХНМ подвергают низкотемпературному сульфидированию.
Нагрев штампа перед работой является во всех случаях обязательным. Начало работы на неподогретом штампе может вызвать его поломку. Оптимальный интервал температуры нагрева штампа 250-400С. При этих температурах обеспечиваются наилучшие соотношения между показателями механических свойств металла штампа.
Для стали 5ХНМ в этом интервале температур ударная вязкость составляет 400÷470 кДж/м2, то есть больше, чем при 20С (372 кДж/м2), в то время как предел прочности падает незначительно 13,7÷11,1 МН/м2, вместо 14 МН/м2 при 20С.
Нагрев производят с помощью переносных нагревательных устройств с газовыми горелками.
Разъем штампа осуществляем по плоскости. Линия разъема определяет, какая часть поковки формуется в верхней половине штампа, какая – в нижней. Проектирование линии разъёма штампа является одним из наиболее важных этапов при разработке чертежа поковки. Форма поверхности разъема между верхним и нижним штампами определяется конфигурацией поковки.
Основное требование к выбору поверхности разъема заключается в обеспечении свободного удаления поковки из полости штампа, для чего все боковые поверхности поковки должны иметь штамповочный уклон [5]. Величина уклона определяется в зависимости от конфигурации и габаритов поковки [6].
На лопатках линия разъёма по профилю пера обычно назначается по входной кромке. На замковой части правильный выбор линии разъёма позволяет уменьшить напуски и уменьшить трудоёмкость механической обработки поковок у заказчика.
Эскиз окончательного штампа представлен на рисунке 3.1
Эскиз окончательного штампа
Рисунок 3.1
3.2.Условие эксплуатации и стойкость рабочего инструмента
Штамповка титановых сплавов требует обязательного нагрева инструмента. Установлено, что повышение температуры нагрева штампов понижает усилие штамповки заготовок, способствует лучшему затеканию металла в полости штампа, увеличивает равномерность деформации и структуры по толщине заготовки. Температура нагрева инструмента должна быть тем выше, чем ниже скорость деформирования. При небольших скоростях деформирования сплав обладает наименьшим сопротивлением деформированию.
Нагрев штампа перед работой является во всех случаях обязательным. Начало работы на не подогретом штампе может вызвать его поломку. Оптимальный интервал температуры нагрева штампа 250-400°С. При этих температурах обеспечиваются наилучшие соотношения между показателями механических свойств металла штампа.
Нагрев штампа снижает температурный перепад между поверхностью штампа и штампуемым металлом. Это снижает термические напряжения, возникающие в поверхностном слое металла штампа в результате последовательного нагрева и охлаждения этого слоя при штамповке. Вместе с тем снижается интенсивность охлаждения поковки и ее поверхностного слоя, что облегчает течение металла и заполнение трудных участков полости ручьев, что особенно важно при штамповке поковок титановых сплавов, быстро охлаждающихся с поверхности. Максимальный уровень нагрева штампов для штамповки титановых сплавов 300-400°С.
Подогрев штампов проводят газо выми или электрическими (индукционными или электросопротивления) пе реносными или стационарными уста новками, а также в печах. Чаще всего используют переносные газовые горелки. Горелку устанавливают на штамп, закрепленный на штамповоч ной машине. Газ подводится к горелке по резиновому шлангу. Обогреватель ные трубы горелки располагают на расстоянии около 50 мм от поверхности разъема штампа, причем следят, чтобы пламя не попадало в чистовой ручей. Для выхода газов в обогревательных трубах сверлят отверстия диаметром 4 мм с шагом 18 мм. Оси отверстий дол жны быть перпендикулярны к обогре ваемой поверхности.
Наилучшим подогревом является индукционный, Переносной индуктор устанавливают между частями нагре ваемого штампа. Нагрев длится около 0,5 ч.
Подогревать штампы с помощью нагретых заготовок, уложенных ме жду штампами, не рекомендуется ввиду получающегося неравномерного про грева.
Неработающие штампы охлаждаются медленно. Например, штамповый ку бик массой 180 кг охлаждается с 300 до 100°С за 4,5 ч. Если перерыв в работе штампов составляет более 1 ч, то рекомендуется их дополнительно подогревать.
Контроль нагрева выполняют пере носной термопарой.
Охлаждение штампов проводят с це лью уменьшения разогрева поверхности гравюры штампов во время работы. Охлаждение бывает наружное и внут реннее. Наружное охлаждение обе спечивают подачей воды, водовоздушной смеси или струи сжатого воздуха на гравюру штампа. Интенсивное ох лаждение осуществляют смазкой на водной основе. Внутреннее водяное охлаждение выполняют с помощью каналов и полостей штампов.
Более предпочтительным является внутреннее охлаждение, используе мое в штампах, которые сильно нагре ваются при штамповке. Стойкость таких штампов в 2 раза выше, чем для аналогичных штампов с наружным охлаждением.
Для улучшения свойств рабочей поверхности штампа применяют некоторые виды химико-термической обработки и наплавку. Наиболее эффективным средством против «схватывания» деформируемого металла со стенками штампа при обработке титановых сплавов является сульфидирование. Сульфидирование увеличивает износостойкость, снижает трение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе курсовой работы был разработан технологический процесс производства штампованной поковки из сплава Вт6 в условиях ОАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА” методом горячей объёмной штамповки.
В ходе работы были выполнены необходимые расчеты для изготовления поковки, выбрана заготовка под штамповку, проведен расчет усилия штамповки, представлена технологическая схема изготовления штампованной поковки лопатки, определен термический режим нагрева поковки..
Выполнен графический материал, который включает в себя чертёж цеха, поковки и окончательного штампа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
PAGE \* MERGEFORMAT 2