Разработка технологии изготовления прессованного профиля из алюминевого сплава

Аннотация.В данной дипломной работе рассматривается на базе существующего технологического процесса прямого прессования – новый технологический процесс обратного прессования панелей из сплава 1420. В работе описаны характеристика обрабатываемых материалов и требования, предъявляемые к продукции; пооперационно рассмотрен разрабатываемый технологический процесс, приведены расчеты: - определение размеров заготовки; - расчеты исполнительных размеров очка матрицы; - определение диска комбинирующих поясов; - расчет усилия прессования; - расчет матрицы на прочность; - расчет отходов.

Описаны средства механизации и автоматизации. Разработаны мероприятия безопасности производства и промышленной экологии. Рассчитан годовой экономический эффект. Дипломная работа 88 страниц, 9 рисунков, 20 таблиц, 9 источников. Содержание.Введение … 1. Характеристика обрабатываемых материалов и технические условия на выпускаемую продукцию …. 1. Химический состав сплава 1420 по ОСТ 190048-77 … 2. Характеристика сплава 1420 ….……… 3. Механические свойства сплава 1420 … ………… 4. Требования к заготовке … 5. Технические условия на выпускаемую продукцию … 1. Сортамент прессуемых панелей … 2. Условные обозначения выпускаемой продукции …. 6. Технические требования предъявляемые к панелям … 16 1.7. Правила приемки …. 8. Методы испытаний … 9. Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение … 2. Разработка технологического процесса …. 1. Анализ существующего технологического процесса … 1. Отходы по операциям базового варианта … 2. Разработка технологического процесса …. 1. Обоснование внедрения новой технологии … 25 2.2.2. Операции технологического процесса … 3. Выбор исходной заготовки …. 4. Расчет отходов по операциям … 5. Определение исполнительных размеров очка матрицы … 6. Выравнивание скорости истечения элементов сечения панели ……… 7. Расчет усилия прессования …. 8. Расчет потребного усилия растяжной машины … 41 2.2.9. Расчет полого прессштемпеля … 10. Расчет иглы … 11. Описание операций технологического процесса прессования панелей из сплава 1420 обратным методом … … 3. Автоматизация и механизация технологического процесса … 1. Нагрев заготовки …. 2. Подача заготовки … 3. Контроль усилия прессования и скорости прессования …. 4. Автоматическое регулирование скорости прессования … 4. Безопасность производства и промышленная экология … 1. Анализ условий труда производственного процесса … 2. Электробезопасность и пожаробезопасность … 3. Источники Загрязнения атмосферы … 5. Организационно-экономический раздел … 77 5.1. Технико-экономическое обоснование разработанной технологии …… 2. Расчет цеховой себестоимости … 3. Расчет полной себестоимости … 4. Расчет годового экономического эффекта от внедрения нового варианта … 86 Общие выводы по работе … 87 Список использованной литературы ….… 88 Введение. Прессование – это наиболее прогрессивный процесс производства профилей и панелей. Это объясняется тем, что прессованием можно получать заготовки большей длины с практически любой формой и достаточно точными размерами поперечного сечения, а также с поверхностью высокого качества.

За последние тридцать лет в производстве профилей и панелей из алюминиевых сплавов достигнут значительный прогресс.

Расширен сортамент профилей, в производство внедрены сплавы, содержащие литий (1420, 1450), отличающие пониженной плотностью, повышенным модулем упругости при достаточно высокой прочности и пластичности, позволяющие снижать вес конструкций на 10-12%. Сконструированы новые инструментальные наладки.

Расширено применение прессования с обратным истечением.

Профили, прессованные из алюминиевых сплавов, особенно из высокопрочных, имеют более высокие прочностные характеристики, чем полученные другими методами (например, прокаткой или штамповкой). Кроме того, при прессовании значительно ниже стоимость инструмента и проще его смена, а значит не имеет существенного значения объём заказа, который является основным лимитирующим показателем при сортовой прокатке и штамповке.

Прессование изделий сложной формы позволяет значительно уменьшить объём механической обработки и безвозвратные потери металла, а также повысить характеристики деталей, особенно с резкими переходами.

При получении таких деталей путём механической обработки из заготовок относительно простой формы нарушается текстура деформации, что приводит к снижению ряда характеристик деталей, в частности усталостной прочности.

Прессованные профили из алюминиевых сплавов подразделяют на четыре вида: 1) профили сплошного сечения; 2) профили переменного сечения; 3) полые профили; 4) панели.

Основные потребители изделий, получаемых прессованием – авиационная промышленность, судостроение, холодильная техника, электротехническая промышленность, радиолокация.

Одно из основных направлений развития отечественного машиностроения и особенно авиационной и автомобильной промышленности – это создание высокопрочных конструкций минимального веса, то есть конструкций, обладающих максимальной удельной прочностью.

Для создания таких конструкций необходима замена сложных сборных узлов на монолитные за одно целое полуфабрикаты–детали.Важнейшим видом таких полуфабрикатов-деталей являются монолитные ребристые панели, представляющие собой сочетание обшивки с элементами жёсткости.

Начало освоения производства ребристых панелей за рубежом относится к 1953 году. Большие работы проведены фирмой Акоа на заводе в Лафайете после пуска пресса усилием 122,5 МН (12500 mc) фирмы Schloemann.В России широкое промышленное развитие производство прессованных панелей получило с 1956 года. Первоначально плоские панели прессовали из круглого контейнера, однако при таком варианте прессования была ограничена их ширина, которая не могла превышать 0.8-0.95 диаметра канала рабочей втулки контейнера.

Кроем того, прессование плоских панелей из круглого контейнера обуславливало высокие вытяжки и значительную неравномерность истечения, что затрудняло получение панелей с жёсткими допусками на размеры и заданной продольной и поперечной геометрией. Увеличение ширины полотна панелей было достигнуто прессованием их в V U C- образной форме.Однако ширина панелей, получаемых этим способом, всё же недостаточна для обшивки крупногабаритных изделий (самолеты, суда, вагоны и специальные ёмкости). Существенное увеличение ширины панелей было достигнуто прессованием их в виде ребристых труб с последующей резкой по образующей, развёрткой и правкой в плоскость.

Например, на заводе фирмы Harvey Muminium Co в Торренсе (США) на прессе усилием 105,8 МН (10800 mc) получают ребристые трубы диаметром до 635 мм, из которых путём последующих разгибки и правки изготовляют плоские панели шириной до 1900 мм. В России создание и промышленное освоение прессов усилием 117,6 МН (12000 mc) и 196 МН (20000 mc), специальных нагревательных, отжиговых и закалочных печей, а также адьюстажного оборудования позволило организовать промышленное производство монолитных ребристых панелей шириной до 1000 мм при прессовании из плоского контейнера и до 2100 мм при прессовании в виде ребристых труб из круглого контейнера.

В последние двадцать лет осваивалось производство панелей шириной до 2500 мм, о чём сообщается в работах А.Ф. Белова и Ф.И. Квасова.Значительный усовершенствования технологии производства панелей были достигнуты в результате комплекса работ по освоению прессования ребристых труб с обратным истечением, проведённых под руководством П.П. Мочалова.

Это позволило существенно повысить выход годного и производительность прессов, а также улучшить качество панелей. 1. Характеристика обрабатываемых материалов и технические условия на выпускаемую продукцию.Сплав 1420 отличается пониженной плотностью, повышенным модулем упругости при достаточно высокой прочности и пластичности.

Этот сплав позволяет снижать вес конструкций на 11,5%. 1.1. Химический состав сплава 1420 по ОСТ 1 90048-77. Химический состав сплава 1420 приведен в таблице 1. Таблица 1.1. Основные компоненты, % Примеси, не более, % Прочие примеси, % Al Mg Li Zr Fe Si Ti Na каждая сумма Основа 4,5-60 1,9-2,3 0,08-0,15 0,2 0,15 0,1 0,0006 0,05 0,15 1.2 Характеристика сплава 1420. Сплав 1420 относится к сплавам системы Al-Mg-Li. Диаграмма состояния данной системы приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Диаграмма состояния Al-Mg-Li (изотермический разрез при температуре 430С). В сплавах на основе этой системы, кроме двойных фаз (Al Mg ) и (AlLi), в равновесии с твёрдым раствором алюминия находится тройное соединение S(Al MgLi) имеющее ограниченную область твёрдых растворов.

Литий находится в равновесии с твёрдым раствором алюминия.Имеет место значительная совместная растворимость магния и лития в твёрдом алюминии, следовательно возможно упрочнение при термообработке.

Фазы, участвующие в равновесии: Al+Al Zr+Mg Al +Mg Al . Al+Al Zr+MgLiAl +Mg Al . Al+Al Zr+AlLi+MgLiAl . Присутствие циркония, титана, железа и кремния неравновесные условия кристаллизации при литье и медленные скорости охлаждения после гомогенизации значительно усложняют фазовый состав сплава.В состав легкоплавкой эвтектики наряду с алюминием входят магний и литий, в соотношении (2-3)/1. Концентрация магния в легкоплавкой эвтектики составляет 22-24 весовых процента.

Содержание магния меняется по сечению дендритных ячеек от 3% в центре, до 9% на периферии. Гомогенизация слитков при температуре 465C, в течение шести часов приводит к почти полному выравниванию концентрации магния по сечению дендритных ячеек.Эффект старения мало зависит от содержания магния, а определяется концентрацией лития. Присутствие в сплаве примесей железа и кремния усложняет фазовый состав за счет образования частиц фаз Al Fe и Mg (SiLi) не растворимых при гомогенизации.

Содержание железа и кремния меньше 0,5% каждого не оказывает существенного влияния на свойства полуфабрикатов. Эти примеси необходимо ограничивать, исходя из получения необходимой технологичности слитков при обработке металлов давлением. Большого внимания требует вопрос чистоты сплава по натрию, который может попадать в сплав с шихтовыми материалами.Натрий, уже в малых количествах ухудшает механические свойства при комнатной температуре и пластичность при температуре горячей деформации, способствует появлению закалочных трещин.

Железо и кремний, связывая натрий в интерметаллические соединения, могут уменьшать отрицательное влияние этого элемента. Тройные сплавы имеют низкую коррозионную стойкость. Повышение ее было достигнуто дополнительным введением элементов – антирекриеталлизаторов. На первом этапе был разработан сплав 1420 с марганцем, а в последствии выявились преимущества сплава с цирконием.Изучение изменения свойств сплава 1420 с содержанием циркония 0,15% в закаленном и искусственно состаренном состоянии, в зависимости от содержания магния и лития в широкой концентрационной области, подтвердило целесообразность введения циркония для повышения коррозионной стойкости.

Интенсивность коррозии данного сплава зависит от химического состава, термической обработки, структуры, толщины обеднённого приповерхностного слоя и других факторов.Наилучшими коррозионными свойствами сплав обладает в закалённом состоянии.

В общем случае они ухудшаются после искусственного старения в связи с увеличением количества и плотности распределения тонких пограничных выделений фазы S(Al MgLi). Эта фаза обладает высокой коррозионной активностью. Поведение сплава при холодной деформации имеет свои особенности.Cплав 1420 интенсивно упрочняется уже при малой степени деформации (до 0,2%), например, при растяжении резко возрастает предел текучести, при незначительном увеличении предела прочности (на 40-20 и 0,3 Мпа для сплава закаленного в воде). Большие работы были проведены по выбору режимов смягчающей и упрочняющей термообработки и по изучению происходящих при этом структурных изменений. Наибольшую пластичность (=20%, =25%) имеют образцы с относительно гомогенной структурой, закаленные в воде от 450 и 500С. Пластичность образцов этой серии повышается по мере увеличения температуры термообработки, начиная с 300С. Согласно диаграмме распада твёрдого раствора сплава 1420 это обусловлено постепенным уменьшением гетерогенности из-за растворения фазы S. Преимуществом сплава 1420 является сохранение высокой пластичности независимо от времени вылеживания. 1.3 Механические свойства сплава 1420. Механические свойства сплава 1420 при комнатной температуре приведены в таблицах 2,3,4. Таблица 2.1. Механические свойства при растяжении.

Сплав 1420 Полуфабрикат Панель прессованная Толщина полотна 4,8 мм Состояние Т Направление вырезки образцов Д П , Мпа 420 400 , Мпа 310 290 , % 8 6 Таблица 3.1. Механические свойства при растяжении, сжатии.

Сплав 1420 Полуфабрикат Панель прессованная Состояние Т Направление вырезки образцов Д , Мпа 290 , Мпа 280 , Мпа 310 , Мпа 280 , % 9 - предел пропорциональности при растяжении; - предел пропорциональности при сжатии.

Таблица 4.1. Вязкость разрушения при плоском напряженном состоянии и остаточная прочность. Сплав 1420 Полуфабрикат Панель прессованная Толщина панели 4,8 мм Ширина панели 960 , Мпа 300 Кс , МПам 412-475 , Мпа 270-320 , Мпа 180-220 Кс - вязкость разрушения при плоском напряженном состоянии.

Механические свойства сплава 1420 при высоких температурах приведены в таблице 5. Таблица 5.1. Механические свойства сплава 1420 при высоких температурах. Сплав 1420 Полуфабрикат Панель прессованная Толщина полотна 4,8 мм Состояние Т Температура испытания 20 125 150 200 , Мпа 430 400 370 310 , Мпа 300 290 280 210 , % 11 19 24 20 Таблица 6.1. Упругие свойства сплава 1420. Сплав 1420 Полуфабрикат Панель прессованная Толщина полотна Все размеры Состояние Т Направление вырезки образцов Д Е, Мпа 77000 Еск, Мпа 78000 G, Мпа 28500 Сплав 1420 обладает повышенным модулем упругости.

Модуль упругости – это величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Модуль упругости важен при расчетах на прочность, жесткость, устойчивость.Коррозионные свойства: сплав 1420 не склонен к коррозии под напряжением и межкристаллитной коррозии. Физические свойства: основной отличительной особенностью сплава 1420 является пониженная плотность, что при использовании изделий из данного сплава позволяет снижать вес конструкций на 10-12%; плотность сплава 1420 равна 2470 . Теплофизические свойства.

Теплопроводность:  =47,5 вт/мград. Сплав 1420 обладает меньшей теплопроводностью по сравнению со стандартными промышленными алюминиевыми сплавами.Теплоёмкость: С =0,965 кДж/кгград. Коэффициент линейного расширения: 10 =26,6 град . Сплав 1420 хорошо сваривается.

Вывод: сплав 1420 по свойствам близок к сплавам системы Al-Mg, за исключением плотности, которая позволяет при использовании сплава 1420 в конструкциях снижать их вес на 10-12%. Технологические данные по сплаву 1420: Сплав деформируется в горячем и холодном состоянии. Охлаждение после горячей деформации на воздухе.Температура нагрева под горячую деформацию 390-420С. Температура закалки 460 С, выдержка 35 минут с последующей закалкой в воду. 1.4. Требования к заготовке.

Заготовки из сплава 1420 поставляются в соответствии с ТУ 1-804-190-90. К заготовкам предъявляются следующие требования: - химический состав должен соответствовать ОСТ 1 90048-90; - заготовки поставляются в горячедеформированном состоянии, расточенными по внутренней и обточенными по наружной поверхности; - шероховатость наружной и внутренней поверхности не грубее Р 60; - на поверхности заготовок допускаются дефекты в виде забоин, захватов от грузоподъёмных механизмов и другие, глубина залегания которых не превышает 5 мм; - на наружной и внутренней поверхностях допускаются черновины глубиной до 1,5 мм; - на наружной и внутренней поверхностях заготовок не допускаются трещины, несметины; Маркировка заготовок.

На торце каждой принятой заготовки должны нанесены: - марка сплава; - номер плавки; - шифр заготовки; - клеймо ОТК. 1.5. Технические условия на выпускаемую продукцию (ОСТ 1 –92041-90) Данный стандарт распространяется на прессованные панели постоянного сечения с продольным оребрением из сплава 1420, изготавливаемых методом развёртки прессованных оребрённых труб в плоскость, шириной полотна 960 мм. 1.5.1. Сортамент прессуемых панелей: - химический состав должен соответствовать ОСТ 1 90048-90; - формы, размеры и предельные отклонения размеров панелей должны соответствовать чертежам, согласованным между предприятием-изготовителем и потребителем; - панели изготавливаются длиной 3000 мм; - предельные отклонения по длине +20 мм; - панели должны быть обрезаны под прямым углом; - косина реза не должна выводить панели за пределы сдаточной длины; - предельные отклонения по толщине полотна  0,8 мм; - разнотолщинность полотна панелей не должна превышать допуск на толщину полотна; - предельные отклонения размеров ребёр должны соответствовать: при номинальном размере элементов ребра 5.6 мм, предельные отклонения по толщине ножки и полки ребра  0,8 мм 0,2 мм; - предельные отклонения размеров межрёберных расстояний (между любыми двумя рёбрами) должны соответствовать указанным далее: при расстоянии между рёбрами 116 мм допуск составляет  1,7 мм; - продольная кривизна в вертикальной плоскости на один метр длины панели не должна превышать 1 мм; - продольная кривизна в горизонтальной плоскости (саблевидность) на один метр длины панели не должна превышать 1,5 мм; - общая плавная поперечная кривизна полотна не должна превышать 0,3% для панелей шириной 960 мм; - местная поперечная кривизна полотна панелей на базах 120 мм и 175 мм не должна превышать 1,2 мм; - поперечная кривизна полки ребра не должна превышать 1% от ширины полки ребра, для панелей с толщиной полки 5,6 мм; - поперечная прямолинейность ножки ребра не должна превышать 1% от высоты ножки, для панелей с толщиной ножки 5,6 мм; - поперечные углубления на полотые панели, расположенные под рёбрами на всей длине панели не должны превышать (в зависимости от конфигурации) 0,3-0,5 мм на базе 20мм; - допустимое значение поперечного углубления под рёбрами оговаривается в чертеже панели; - скручивание панелей вокруг продольной оси на один метр длины любого участка панели не должен превышать 6 мм; - волнистость полки ребра при любой длине волны не должна превышать 0,5 мм; - неперпендикулярность ножки ребра к полотну панели и непараллельность полки ребра к полотну панели не должна превышать 0,2 мм; - общую допустимую продольную кривизну в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а так же скрутку определяют путем умножения кривизны и скрутки, допустимой на один метр длины панели, на всю длину панели. 1.5.2. Условное обозначение выпускаемой продукции.

Панель 1420Т3000. Панель прессованная из сплава марки 1420, в закалённом и естественно состаренном состоянии, длиной 3000 мм. 1.6. Технические требования. - Панели изготавливают в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке. - Панели изготавливают из сплава 1420. Механические свойства сплава приведены в таблице 2. - По виду отделки поверхности панели могут поставляться после травления и без травления. Вид отделки поверхности панелей указывают в чертеже, согласованном между предприятием-изготовителем и потребителем. - Поверхность панелей не должна иметь трещин, расслоений, окисных и неметаллических включений, пятен коррозионного происхождения, различного рода запрессовок. - На поверхности панелей допускаются: царапины, риски, задиры, вмятины, единичные пузыри, следы от правильных роликов и другие дефекты металлического происхождения, если глубина их залегания не превышает 0,3 мм, а так же, если они не выводят панель за минусовые предельные отклонения.

Зачистка трещине не допускается. - На поверхности панелей, после обработки их у потребителя, связанной с уменьшением толщины полотна и рёбер, не допускаются дефекты металлургического происхождения размером более 0,73 мм. Дефектов размером до 0,73 мм, вытянутых в направлении прессования, на один квадратный метр поверхности не должно быть более трёх. - Макроструктура панелей не должна иметь трещин, рыхлот, расслоений, утяжин, светлых пятен кристаллов и обеднённого твёрдого раствора.

Макроструктура не должна иметь интерметаллидов. - На макроструктуре панелей допускаются: - неметаллические включения в виде штрихов, протяженностью не более 1 мм и в виде штрихов, протяженностью не более 1,5 мм, если количество точек не превышает пяти, а штрихов четырёх штук; - крупнокристаллический ободок, если глубина его залегания не превышает 1 мм с гладкой стороны полотна и 3 мм по всему периметру панели со стороны рёбер. - Микроструктура панелей, прошедших закалку, не должна иметь следов пережога. 1.7. Правила приёмки. - Панели принимают партиями.

Партия должна состоять из панелей одной марки сплава, одного состояния материала, одной плавки или садки термообработки, одного размера и должна быть оформлена одним документом о качестве. Документ о качестве должен содержать: товарный знак предприятия-изготовителя, наименование потребителя, марку сплава и состояние материала, условное обозначение панели, номер партии, массу НЕТО партии, результаты испытаний, дату отгрузки и обозначение настоящего стандарта. - Химический состав сплавов определяют на предприятии-изготовителе на каждой плавке.

Каждую плавку подвергают химическому анализу для определения компонентов и основных примесей. Прочие примеси не определяют.

В случае получения неудовлетворительных результатов допускается повторный анализ.

При неудовлетворительных результатах повторного анализа плавку бракуют. - Проверке геометрических размеров на соответствие чертежу подтверждают каждую панель.

Места зачистки подвергают обязательному контролю размеров. - Проверке качества поверхности подвергают каждую панель. - Проверке механических свойств подвергают каждую прессовку с двух концов (выходного и утяжного) на образцах, вырезанных в долевом направлении.

При получении неудовлетворительных результатов испытания хотя бы одного образца проводят повторное испытание на удвоенном количестве образцов, вырезанных с того же конца прессовки.

При получении неудовлетворительных результатов повторных испытаний контрольную панель бракуют, а в тех случаях, когда из одной прессовки может быть получено несколько панелей, то для определения их годности испытания проводят на образцах, вырезанных с противоположного конца забракованной панели. - Проверке макроструктуры подвергают каждую прессовку с двух сторон.

При неудовлетворительных испытаниях какого-либо конца прессовки (кроме утяжного), панель прилегающую к данному концу прессовки бракуют, а проверку макроструктуры проводят на противоположном конце этой же панели для определения годности остальных панелей в прессовке. В случае обнаружения при проверке макроструктуры утяжины или крупнокристаллического ободка, более указанного выше, допускается проведение повторных проверок на расстоянии более 50 мм от макротемплета, показавшего неудовлетворительный результат проверки. - Для проверки микроструктуры панелей на пережог отбирают одну панель от каждой плавки в садке термообработки (закалки). При наличии пережога повторная проверка микроструктуры не допускается. - При обнаружении внутренних дефектов на входном контроле у потребителя вызывается представитель предприятия-изготовителя.

Панели признанные при совместном осмотре дефектными считаются технологическими отходами изготовителя и заменяются на кондиционные без выставления счета. 1.8. Методы испытаний. - Измерение размеров поперечного сечения и местной поперечной кривизны проводят измерительным инструментом, обеспечивающим точность измерения 0,1 мм, а остальных размеров – измерительным инструментом, обеспечивающим точность измерения 0,5 мм. Размеры сечения панелей контролируют по торцам с выходного и утяжного конца.

Расстояние между рёбрами контролируют у основания рёбер. Разнотолщинность панелей определяют как разницу между максимальными и минимальными размерами толщины полотна.

При этом результаты измерения полотна в местах зачистки дефектов в расчет не принимают. Продольную кривизну панелей в горизонтальной плоскости (саблевидность) замеряют по основанию рёбер. Скручивание панели контролируют только по всей длине панели. - Осмотр поверхности панелей проводят без использования увеличительных приборов. - Глубину залегания дефектов измеряют профилометром или глубиномером индикаторным по нормативно-технической документации. - Испытания механических свойств панелей методом разрушающего контроля на растяжение или методом неразрушающего контроля (метод вихревых токов). Для проверки механических свойств панелей методом разрушающего контроля, от каждой проверяемой прессовки с выходного и утяжного конца вырезают по одному образцу.

Проверку механических свойств методом вихревых токов проводят по поверхности панелей в состоянии после закалки и старения. - Макроструктуру панелей проверяют на поперечных макротемплетах. Допускается контроль макроструктуры проводить на макрошлифе, составляющем не менее ¼ ширины панели, а остальную часть контролировать методом излома по методике предприятия-изготовителя. - Микроструктуру панелей проверяют металлографическим методом на одном образце, вырезанном с выходного конца панели или методом вихревых токов.

При наличии пережога повторный контроль микроструктуры не допускается. 1.9. Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение. - На каждой принятой панели, на выходном конце, со стороны рёбер, на расстоянии не более 50 мм от торца, на полотне должны быть поставлены ударным способом марки сплава, состояние материала, условное обозначение панели, а также клеймо ОТК. Клеймение проводят стальным клеймом. - Каждая панель должна быть завёрнута в конверт, состоящий из двух слоёв промасленной бумаги и двух слоёв водонепроницаемой упаковочной битумированной бумаги. В зависимости от массы панели, допускается в один конверт заворачивать несколько панелей одного размера.

Завёрнутые в конверт панели укладывают стопами в деревянные ящики, разборную многооборотную тару, универсальные контейнеры или стягивают в пакеты стальной лентой.

Между панелями прокладывают один слой промасленной бумаги и резиновые прокладки, надеваемые на рёбра. Расстояние между прокладками должно быть не более 3 мм. Расстояние от крайних прокладок до концов панели должно быть не более 0,5 мм. Масса грузового места при упаковывании в ящики должна быть не более 500 кг, в разборную многооборотную тару не более 10000 кг. - Транспортировка панелей осуществляется автомобильным транспортом (бортовые автомашины, прицепы). 2. Разработка технологического процесса. 2.1 Анализ существующего технологического процесса. В качестве базового варианта рассматривается технологический процесс прессования панели шифра ВП-169 из сплава 1420 методом ребристых труб. Технологический процесс включает в себя следующие операции: 1. Отливка слитков. 2. Гомогенизация слитков. 3. Обточка слитков по наружной и расточка по внутренней поверхности. 4. Приёмка заготовок. 5. Нагрев заготовок. 6. Прессование ребристых труб. L = 14010 мм. 7. Резка ребристых труб. L = 4395 мм. 8. Разрезка ребристых труб по образующей. 9. Развёртка ребристых труб в плоскость. 10. Предварительная прокатка панелей в плите. 11. Закалка. 12. Окончательная прокатка в плите. 13. Подкатка панелей на ролико-правильной машине. 14. Правка панелей растяжением. 15. Резка панелей в меру. L = 3000 мм. 16. Местная правка и рихтовка. 17. Травление. 18. Старение. 19. Приёмка ОТК. 20. Упаковка.

Первые две операции производятся в литейном цехе. Слитки отливаются в форме полого цилиндра методом полунепрерывного литья в кристаллизатор скольжения.

После отливки слитки подвергают гомогенизации.

Температура гомогенизации 500 С, время выдержки 10 часов.

Полученная заготовка обтачивается по наружной и растачивается по внутренней поверхности. Нагрев заготовок перед прессованием производится в индукционной печи ИН-600. Температура нагрева заготовки Т = 450С. Подача заготовок к печи осуществляется мостовым краном.

Подача заготовки на ось прессования осуществляется с помощью специального подающего устройства.

Прессование ребристых труб производится прямым методом на прессе усилием 79 МН. из контейнера диаметром 500 мм. Скорость истечения металла из очка матрицы составляет 0,8-1 м/мин. Длина отпрессованной ребристой трубы составляет 14010 мм. Усилие при прессовании составляет 72,2 МН. Полученную ребристую трубу разрезают дисковой пилой на обрабатываемые длины (L = 4395 мм), которые мостовым краном переправляются на участок адьюстажной обработки панелей.

На данном участке осуществляются операции 8-19. Закалку проводили в вертикальной закалочной печи с температурой 505 С, выдержка при данной температуре 20 минут, охлаждение в воде. После закалки имело место сильное корабление панелей.

Наблюдались волнистость полотна и завал стрингеров (сказались остаточные напряжения, вызванные сильной неравномерностью деформации при прессовании). Дальнейшая правка таких панелей является очень трудоёмкой и сопровождается большим браком.

После правки растяжением и резки в меру, производится местная ручная рихтовка.Затем панели подвергают травлению (осветлению) и естественному старению.

Полученные годные панели переправляются на склад для упаковки.Основными недостатками существующей технологии являются: - низкая производительность процесса; - большие энергозатраты; - большая неравномерность деформации при прессовании из-за трения по контейнеру; - большая масса отходов и, следственно, малые выходы годного; - малые скорости прессования; - большое количество брака при правке панелей; - низкий уровень автоматизации и механизации процесса. 2.1.1. Отходы по операциям базового варианта. 1) Вес прессостатка ( ): =  F  (1) - высота прессостатка, …= 70 мм F - площадь поперечного сечения распрессованной заготовки, F = 125600 мм - плотность сплава 1420, = 2,47  10 кг/мм = 70  125600  2,47  10 = 21,7162 кг 2) Вес заготовки ( ) = l  F  (2) l - длина заготовки, l = 635 мм F - площадь поперечного сечения заготовки, F = 118247 мм = 635  118247  2,47  10 = 185,4645 кг 3) Вес ребристой трубы после прессования: = L  F  (3) L - длина ребристой трубы после прессования, L = 14010, F - площадь поперечного сечения панели, F = 4710 мм = 14010  4710  2,47  10 = 162,9881 кг 4) Вес панели ( ): = l  F  (4) l - длина панели, l = 3000 мм = 3000  4710  2,47  10 = 34,9011 кг 5) Вес утяжного конца, выходного конца, захваток, образцов на испытания и исследования ( ): = G + G + G + G = F   (l + l + 4  l + l ) (5) l - длина утяжного конца, l = 400 мм l - длина выходного конца, l = 300 мм l - длина захватки, l = 400 мм l - длина образцов на испытания и исследования, l = (240 + 1620) мм = 4710  2,47  10 (400 + 300 + 2400 + (240 + 1620)) = 57,7031 кг 6) Вес отходов на резку (отходы второго сорта): = F   т  r + t  n L  (6) t – толщина полотна, t = 4,3 мм n – ширина реза при резке по образующей, n = 2 мм = 4710  2,47  10  22  2 + 4,3  2  14010  2,47  10 = 0,81 кг 7). Технологические отходы в базовом варианте ( ) Разбраковка: 10 прессовок и 10 прессостатков.

Правка: 40 панелей длиной 4395 мм. Окончательный контроль: 10 панелей по 3000 мм (брак по геометрии): = кг/шт. 8) Масса геометрических отходов на одно изделие ( ): = G + G + = кг/шт. 9) Масса отходов первого сорта ( ): = G + G + G (7) = кг/шт. 10). Норма расхода основного материала на одно изделие ( ): = G + G (8) = кг/шт. 11) Годовая масса запуска составит ( ): = 75,959  300 = 22787,7 кг. 12) Выход годного составит ( ): = (9) = 2.2. Разработка технологического процесса прессования панелей с обратным истечением. 2.2.1. Основание внедрения новой технологии.

Процесс обратного прессования характеризуется отсутствием перемещения металла заготовки по поверхности контейнера.

В результате заготовка не подвергается воздействию реактивных сил трения и до подхода к пластической зоне испытывает только напряжения почти равномерного сжатия. Пластическая зона сосредотачивается непосредственно возле матрицы, поэтому неравномерность деформации в изделие, отпрессованном с обратным истечением, особенно по его длине, существенно уменьшается.

Это влечёт за собой уменьшение застойной зоны у матрицы, а также протяжённости утяжины, что позволяет уменьшить высоту прессостатка примерно в два раза по сравнению с прямым прессованием.

Характер диаграммы «усилие – ход прессштемпеля» также изменяется по сравнению с прямым прессованием: усилие по ходу прессштемпеля остаётся постоянным в течение почти всего цикла (рис. 2). ΔP=Pкр – Усилие для преодоления контактного трения на поверхности контейнера. 1 – Прямое прессование 2 – Обратное прессование Рисунок 2. Схема индикаторных диаграмм прессования с прямым и обратным истечением.

При обратном прессовании величины наибольшего напряжения на прессшайбе и усилия прессования снижаются примерно на 35-40%. При прессовании одного и того же изделия уменьшение давления прессование и отсутствие трения приводит к меньшему деформационному разогреву металла, чем при прямом истечении, а распределение температур в пластической зоне по мере выпрессования заготовки становится более равномерным.

Вследствие снижения температуры металла и отсутствия растягивающих напряжений в периферийных слоях заготовки скорости истечения при обратном прессовании труднодеформируемых сплавов могут быть повышены более чем в два раза. Вследствие отсутствия смазки на контактных поверхностях с инструментом при обратном прессовании исключается образование дефектов в виде отслоений.

Качество изделий, отпрессованных с обратным истечением вследствие особенностей деформационных условий характеризуется в общих чертах следующим: - повышается точность размеров поперечного сечения панелей; - структура и механические свойства становятся более равномерными как по длине, так и по сечению; - качество поверхности панелей, полученным обратным прессованием, не уступает качеству поверхности панелей, полученных прямым методом.

Вывод: переход на обратное прессование позволяет существенно снизить Р прессования, увеличить массу прессуемых заготовок, увеличить скорость прессования, уменьшить разнотолщинность полотна панелей и структурную неоднородность по толщине полотна рёбер, уменьшить геометрические и технологические отходы и за счет этого повысит выход годного и производительность пресса. 2.2.2. Перечень операций технологического процесса. 1. Отливка слитков. 2. Гомогенизация слитков. 3. Обточка слитков по наружной и расточка по внутренней поверхности. 4. Приёмка заготовок. 5. Нагрев заготовок. 6. Прессование ребристых труб с обратным истечением. 7. Разбраковка. 8. Разрезка ребристых труб по образующей. 9. Развёртка ребристых труб. 10. Предварительная прокатка панелей в плитах. 11. Закалка. 12. Подкатка панелей на ролико-правильной машине. 13. Окончательная прокатка в плитах. 14. Правка панелей растяжением. 15. Резка панелей в меру. L = 3000 мм. 16. Местная правка и рихтовка. 17. Травление. 18. Старение. 19. Приёмка ОТК. 20. Упаковка. 2.2.3. Выбор исходной заготовки.

В базовом варианте прессование производилось на прессе усилием 79 МН из контейнера диаметром 500 мм. Переход на обратное прессование связан с некоторыми конструктивными особенностями инструмента.

При обратном прессовании толщина стенок пологого матрицедержателя должна обеспечивать надёжность его работы, а диаметр матрицедержателя должен быть меньше диаметра контейнера и больше диаметра окружности, описанной вокруг ребристой трубы (по вершинам стрингеров; Док = 372 мм). Внутренний диаметр матрицедержателя должен быть равен минимум 400 мм, что обеспечит свободной продвижение отпрессованной панели в нём. Если прессование производить из контейнера диаметром 500 мм, то толщина стенки матрицедержателя составит 50 мм; а для обеспечения надёжной работы матрицедержателя необходимо, чтобы толщина его стенки была не менее 60 мм. Вследствие этого обратное прессование будет производится на прессе усилием 79 МН, из контейнера, в который при прессовании войдет матрицедержатель с толщиной стенки равной 60 мм и внутренним диаметром 400 мм. Диаметр контейнера для прессования ребристых труб с обратным истечением определим из зависимости: Д = (10) В – ширина готовой панели, В = 945 мм; В – припуск на обработку по ширине, В = 500 мм; t – толщина полотна панели, t = 4,3 мм; Н – высота стрингера, Н = 31 мм; S – минимально допустимая из условий прочности толщина стенки матрицедержателя, S = 60 мм; h и 1 – соответственно зазоры между стрингером и матрицедержателем, а также между матрицедержателем и контейнером, h = 20 мм, 1 = 1,5 мм. Д = мм Прессование будет производиться из контейнера диаметром 550 мм. Диаметр заготовки определяем, исходя из условия обеспечения зазора между заготовкой и иглой в нагретом состоянии, достаточных для свободного ввода иглы в заготовку.

Для достижения оптимальных условий прессования односторонний зазор между иглой и внутренней поверхностью заготовки при заданной температуре нагрева не должен превышать 1,5  2 мм. Увеличение зазора против указанных величин приводит к увеличению разностенности прессованных труб. Диаметр игла определим из зависимости: Д = (11) К , К - коэффициенты температурной усадки соответственно иглы и панели; А – ширина панели, А = 945 мм; К , К - коэффициенты, учитывающие уменьшение ширины и толщины полотна панели при правке растяжением; h – ширина реза, h = 2 мм; t - средняя толщbна полотна панели, t = 4,3 мм. Материал иглы: 5 ХНВ Коэффициент температурной усадки определим по формуле: К = Т  d К = Т  d (12) Т , Т - температура нагрева соответственно материала иглы и заготовки; Т = 400С, Т = 400С. d , d - коэффициенты линейного расширения соответственно иглы и заготовки; d = 0,0000147 град , d = 0,0000245 град . К = 400  0,0000147 = 0,00588 К = 400  0,0000245 = 0,0098 На основе экспериментальных данных для панелей шириной 940-960 мм и толщиной полотна 1,5-7 мм можно принять: К = 0,005, К = 0,015. Тогда диаметр иглы: Д =  =  мм. Внутренний диаметр заготовки: d = 304 мм. Определим длину заготовки для получения панели длиной 3000 мм, если: Д = 550 мм; Д = 540 мм; d = 304 мм; Д = 3000 мм; F = 4710 мм. Определим площадь поперечного сечения заготовки: F = (13) F = мм . Определим площадь поперечного сечения распрессованной заготовки (F ): F = F - F = F = мм . Действительная вытяжка определяется по формуле:  F - площадь поперечного сечения панели, F = 4710 мм .  Определим длину ребристой трубы после прессования (L ). На рисунке 3 представлена схема к расчёту длины отпрессованной трубы. Lут Lз Lм Lcд Lcд Lдо Lз Lз Lм Lcд Lcд Lдо Lз Lз Lм Lcд Lcд Lдо Lз Lвых 200 400 40 3000 3000 270 400 400 40 3000 3000 270 400 400 40 3000 3000 270 400 200 Рисунок 3. Схема к расчёту длины ребристой трубы.

L = l  n + l + l + l  K + l  K + l  a + m  h (14) l - сдаточная длина панели, l = 3000 мм n – количество сдаточных длин в одной прессовке, n = 6 l - длина отрезаемого утяженного конца, l = 200 мм l - длина отрезаемого выходного конца, l = 200 мм l - длина образцов для исследования макроструктуры, l = 40 мм. l - длина долевых образцов для испытаний механических свойств, l = 270 мм к – количество образцов на макро и свойства, к = 3 l - длина захваток для правки растяжением, l = 400 мм а – количество захваток, а = 6 m – количество резов, m = 19 h – ширина реза, h = 2 мм. L = 3000  6 + 200 + 200 + 40  3 + 270  3 + 400  6 + 19  2 = 21768 мм. Коэффициент распрессовки (К ): К = … К Высота прессостатка при обратном прессовании (h ): h = 0,05  Д h = 0,05  550 = 30 мм Тогда длина заготовки составит (l ): l l мм. Размеры исходной заготовки: Д = 540 мм, d = 304 мм, l = 690 мм. 2.2.4. Расчёт отходов по операциям: 1) Вес прессостатка (G ): G = h  F  G = 30  166812,5  2,47  10 = 12,36 кг. 2) Вес заготовки (G ): G = l  F  (18) G = 690  156359,44  2,47  10 = 266,48 кг. 3) Вес ребристой трубы после прессования (G ): G = L  F  (19) G = 217,68  4710  2,47  10 = 253,24 кг. 4) Вес панели одинаков в базовом и новом вариантах и составляет (G ): … = G = 34,9011 кг. 5) Вес утяжного конца, выходного конца, захваток, образцов на испытания и исследования (G ): G = G + G + G + G = F  (l + l + 4l + l ) (20) G = 4710  2,47  10 (400 + 2400 + 120 + 810) = 43,39 кг. 6) Вес отходов на резку (отходы второго сорта): = F   т  r + t  n  l  (21).