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

1.1. Химический состав сплава 1420 по ОСТ 190048-77

1.2. Характеристика сплава 1420

1.3. Механические свойства сплава 1420

1.4. Требования к заготовке

1.5. Технические условия на выпускаемую продукцию

1.5.1. Сортамент прессуемых панелей

1.5.2. Условные обозначения выпускаемой продукции

1.6. Технические требования предъявляемые к панелям

1.7. Правила приемки

1.8. Методы испытаний

1.9. Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение

2. Разработка технологического процесса

2.1. Анализ существующего технологического процесса

2.1.1. Отходы по операциям базового варианта

2.2. Разработка технологического процесса

2.2.1. Обоснование внедрения новой технологии

2.2.2. Операции технологического процесса

2.2.3. Выбор исходной заготовки

2.2.4. Расчет отходов по операциям

2.2.5. Определение исполнительных размеров очка матрицы

2.2.6. Выравнивание скорости истечения элементов сечения панели

2.2.7. Расчет усилия прессования

2.2.8. Расчет потребного усилия растяжной машины

2.2.9. Расчет полого прессштемпеля

2.2.10. Расчет иглы

2.2.11. Описание операций технологического процесса прессования панелей из сплава 1420 обратным методом

3. Автоматизация и механизация технологического процесса

3.1. Нагрев заготовки

3.2. Подача заготовки

3.3. Контроль усилия прессования и скорости прессования

3.4. Автоматическое регулирование скорости прессования

4. Безопасность производства и промышленная экология

4.1. Анализ условий труда производственного процесса

4.2. Электробезопасность и пожаробезопасность

4.3. Источники Загрязнения атмосферы

5. Организационно-экономический раздел

5.1. Технико-экономическое обоснование разработанной технологии

5.2. Расчет цеховой себестоимости

5.3. Расчет полной себестоимости

5.4. Расчет годового экономического эффекта от внедрения нового варианта

Общие выводы по работе

Список использованной литературы

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.

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 b(AlMg) и d(AlLi), в равновесии с твёрдым раствором алюминия находится тройное соединение S(AlMgLi) 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+AlZr+MgAl+MgAl.

Al+AlZr+MgLiAl+MgAl.

Al+AlZr+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 AlFe 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(AlMgLi). 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 (d=20%, j=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.

Таблица 3.1.

Механические свойства при растяжении, сжатии.

- предел пропорциональности при растяжении;

- предел пропорциональности при сжатии.

Таблица 4.1.

Вязкость разрушения при плоском напряженном состоянии и остаточная прочность.

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.

Таблица 6.1.

Упругие свойства сплава 1420.

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: l=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 Р60;

- 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;

DВ – припуск на обработку по ширине, DВ = 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 D1 – соответственно зазоры между стрингером и матрицедержателем, а также между матрицедержателем и контейнером, h = 20 мм, D1 = 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:

l

F - площадь поперечного сечения панели, F = 4710 мм.

l

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

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)

= 4710 × 2,47 × 10 × 19 × 2 + 4,3 × 21768 × 2,47 × 10 × 2 = 0,904 кг.

7) Назначим технологические отходы.

Разбраковка: 3 прессовки и 3 прессостатка.

Правка растяжением: 15 панелей длиной 7110 мм.

Окончательный контроль: 10 панелей по 3000 мм.

Определим массу технологических отходов на одно изделие:

G = кг/шт.

8) Определим массу геометрических отходов на одно изделие:

G = G + G + (22)

G = кг/шт.

9) Определим массу отходов первого сорта (G):

G = G G G

G = кг/шт.

10) Норма расхода основного материала на одно изделие (G):

G = G + G (23)

G = кг/шт.

11) Готовая масса запуска составит (G):

G = 52,36 × 300 = 15708 кг.

12) Выход годного:

ВГ = ·100%

ВГ =

2.2.5. Определение исполнительных размеров очка матрицы.

Основными исходными данными для определения исполнительных размеров очка матрицы служат форма, материал, размеры и допуски на размеры поперечного сечения панели. Так же необходимо учитывать термическую усадку прессуемого метала и инструмента, деформацию матрицы в процессе прессования и изменение размеров панели при правке растяжением. Поскольку деформация матрицы оказывает различное влияние на размеры стрингеров и полотна панелей, расчёт исполнительных размеров очка матрицы для этих элементов проводится раздельно.

1) Расчёт исполнительных размеров элементов очка матрицы формообразующих стрингеры:

С = С + D + (К + К + К) × С (26)

С – размер элемента очка матрицы

С - номинальный размер элемента стрингера

D - плюсовой допуск на размер С

К - коэффициент, учитывающий утягивание элементов стрингера в процессе прессования

К - коэффициент, учитывающий уменьшение размера элемента при правке растяжением

К - коэффициент температурной усадки элемента.

Материал матрицы: 3Х2В8Ф.

Коэффициент линейного расширения для стали 3Х2В8Ф:

= 0,0000145 град.

Рисунок 4. Схема к определению исполнительных размеров элементов очка матрицы формообразующих стрингеры.

С = 2 мм, С = 3 мм, С = 19 мм, С = 31 мм,

К = 0,02, при С = 2 мм, К = 0,02

К = 0,02, при С = 3 мм, К = 0,02

К = 0,01, при С = 19 мм, К = 0,01

К = 0,0065, при С = 31 мм, К = 0,008.

D1 = 0,5 мм, D2 = 0,5 мм, D3 = 1 мм, D4 = 1 мм.

Коэффициент температурной усадки (К) определяется по формуле:

К = (Тd - Тd) (27)

Т - температура нагрева заготовки, Т = 400°С

Т - температура нагрева матрицы, Т = 400°С

d = 0,0000245 град

К = (400 × 0,0000245 – 400 × 0,0000145) = 0,004

Тогда:

С = 2 + 0,5 + (0,02 + 0,02 + 0,004) × 2 = 2,6 мм

С = 3 + 0,5 + (0,02 + 0,02 + 0,004) × 3 = 3,65 мм

С = 19 + 1 + (0,01 + 0,01 + 0,004) × 19 = 20,5 мм

С = 31 + 1 + (0,0065 + 0,008 + 0,004) × 31 = 32,6 мм.

2). Диаметр очка матрицы определим по формуле:

Д = (28)

К, К - коэффициенты температурной усадки соответственно метала матрицы и панели,

К = 0,00588, К = 0,0098

К, К - коэффициенты, учитывающие уменьшение ширины и толщины полотна панели при правке растяжением.

На основе экспериментальных данных для панелей с шириной полотна А = 940 ¸ 960 мм и толщиной полотна 1,5 ¸ 1,7 мм можно принять: К = 0,005, К = 0,015

h– ширина реза, h = 2 мм

t - средняя толщина полотна панели, t = 4,3 мм

DД – уменьшение диаметра очка в результате пережима матрицы и прогиба матричного комплекта. На основе опытных данных, полученных при прессовании труб диаметром до 320 мм, с толщиной полотна 1,5 – 7 мм, можно принять:

DД = (0,0015 – 0,0025)Д

DД = 0,002 × 320 = 0,64

Тогда диаметр очка матрицы составит:

Д= +

+ мм

Расчёт диаметра иглы (Д) рассмотрен в пункте 2.2.3.

2.2.6. Выравнивание скоростей истечения элементов сечения панели.

При проектировании матриц для прессования панелей наряду с определением исполнительных размеров очка важно также выравнивания скоростей истечения отдельных элементов сечения, для чего необходимо определение оптимальных размеров рабочих поясков и углов торможения.

Исходя из условия выравнивания скоростей истечения элементов профиля путём выравнивания удельных давлений, необходимых для истечения каждого элемента, для элементов панели СС получена следующая зависимость:

l = l (29)

l, l - длина рабочего пояска матрицы соответственно на участках i и j

П, П - периметры участков i и j

F, F - площади поперечного сечения участков I и j

Рисунок 5. Схема расчёта длины калибрующих поясков.

Минимальная ширина пояска должна быть равное 2-3 мм, из условия достаточной износостойкости и прочности. Для наиболее тонкой части прессуемой панели (2 мм) назначаем длину калибрующего пояска равной 2 мм (l = 2 мм).

F = (31 – 3) × 2 = 56 мм

F = 201 × 4,3 = 864,3 мм

F = 19 × 3 = 57 мм

П = (201 + 4,3) × 2 = 410,6 мм

П = (28 + 2) × 2 = 60 мм

П = (19 + 3) × 2 = 44 мм

l = l

l = мм

l = l

l = мм

Возможность выравнивая скоростей истечения отдельных элементов сечения панели только за счёт изменения длины рабочих поясков всё же ограничена. В качестве эффективного способа торможения истечения метала на участках с наименьшим удельным периметром (П/F) используют рабочие пояски, наклоненные под определённым углом (углом торможения) к оси прессования. Практикой установлено, что наиболее рационален тормозной угол 3 ¸ 4 градуса. Важным условием уменьшения неравномерности истечения по сечению панели является обеспечение перпендикулярности торца матрицы к оси прессования. При несоблюдении этого условия рабочие пояски матрицы будут не уменьшать, а наоборот, увеличивать неравномерность. С целью уменьшения вредного влияния перекоса матрицы относительно оси прессования по периметру очка, формирующего внешний контур полотна панели или по всему периметру очка матрицы выполняют угол торможения 3 ¸ 4 градуса.

2.2.7. Расчёт усилия прессования.

Особенности расчёта усилия для обратного прессования:

– ввиду отсутствия трения по контейнеру и игле до обжигающей части пластической зоны составляющая усилия Т должна быть принята равной нулю;

– вследствие изменения геометрии обжигающей части пластической зоны угол должен быть увеличен до 75 градусов.

Полное усилие при обратном прессовании определяется по формуле:

Р = R + Т + Т (30)

R - усилие, необходимое для осуществления основной деформации, без учёта трения

Т - усилие, необходимое для преодоления трения метала по границе упругой зоны (или в конце матрицы)

Т - усилие, необходимое для преодоления трения по матрице и игле в зоне калибрующего пояска.

1) Усилие, необходимое для осуществления основной деформации:

R = (31)

b - коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения, для условия прессования ребристых труб, b = 1,075

S - среднее значение сопротивления деформированию в обжигающей части пластической зоны (ОЧПЗ):

S = (32)

S - сопротивление деформированию метала при входе в ОЧПЗ, определяемое по кривой S (Т); при температуре деформации 400°С - S = 41 МПа

S - сопротивление деформированию метала при выходе из ОЧПЗ, определяемое по кривым S (Т) при длительности деформации, соответствующей условиям данного процесса.

Длительность деформации (t) определяется по формуле:

t =

Д - диаметр контейнера, Д = 550 мм

d - диаметр иглы, d = 300 мм

Д - диаметр очка матрицы, Д = 310 мм

V - скорость истечения, V = 3 м/мин = 50 мм/с

t =

При длительности деформации t = 67с и температуре деформации

Т = 400°С, S = 59 МПа.

Тогда при S = 41 МПа среднее сопротивление деформированию в ОЧПЗ составит:

S = = 49,18 МПа

Величина угла определяется по формуле:

=

= град.

Тогда при вытяжке l = 35,41 и коэффициенте b = 1,075 усилие необходимое для преодоления сопротивления деформации составит:

R = Мн

2) Усилие, необходимое для преодоления трения метала по границе упругой зоны, определяется по формуле:

Т =

- коэффициенты трения по сопротивлению деформированию соответственно на внешней боковой границе ОЧПЗ и на поверхности иглы; при прессовании при прессовании ребристых труб

Т =

3) Усилие, необходимое для преодоления трения по матрице и игле в зоне комбинирующего пояска, рассчитывается по формуле:

Тп =

l- длина калибрующего пояска, l=4,5 мм

f - коэффициент трения по сопротивлению деформированию на поверхности калибрующего пояска матрицы, f=0,2

f- коэффициент трения по сопротивлению деформированию на поверхности иглы, f=0,11

Тп = 35,41· 3,14·4,5·59·10·(0,2·550+0,11·300)=4,35 МН

4) Полное усилие прессования составит:

(34)

Р = 56,6+16,56+4,35=77,51 МН

Прессование можно производить на прессе усилием 79МН.

2.2.8. Расчет потребного усилия растяжной машины.

(35)

Откуда минимальные усилия, необходимое для правки растяжением:

(36)

- предел текучести сплава 1420,

Правку панелей растяжением можно производить на растяжной машине усилием 3,4 МН.

2.2.9. Расчет полого прессштемпеля.

Прессштемпели рассчитываются на сжатие и продольный изгиб:

(37)

- напряжение от силы Р=77,51 МН

- напряжение от момента М.

F- площадь поперечного сечения прессштемпеля

F=

- коэффициент понижения допускаемого напряжения, зависящий от гибкости и от материала прессштемпеля.

Материал прессштемпеля – сталь 4х5В2ФС

М – коэффициент Пуассона материала прессштемпеля, М=0,25

L – длина рабочего прессштемпеля, L = 1265 мм

imin – радиус инерции сечения

Для кольца:

J – момент инерции поперечной сечения пресштемпеля

D – наружный диаметр прессштемпеля, D = 540 мм

d – внутренний диаметр прештемпеля, d=440 мм

Тогда:

При

Расчетное значение удовлетворяет граничному условию.

Напряжение от изгибающего момента:

- максимальный изгибающий момент

W – момент сопротивления изгибу поперечного сечения прессштемпеля.

е – наименьший эксцентриситет нагружения прессштемпеля.

- поперечный изгиб =15мм

Тогда:

Для кольца

Тогда:

Полное нагружение от силы Р и изгибающего момента составит:

Полученное значение удовлетворяет граничному условию.

2.2.10. Расчет иглы.

Игла рассчитывается на прочность по эквивалентному напряжению.

(39)

- продольное напряжение в игле от действия сил трения.

- радиальное напряжение.

Принимая высоту обжимающей части деформации в месте контакта с иглой в среднем равной 0,5 du получаем:

Откуда при усилие, растягивающее иглу (Т) будет равно:

Тогда продольное напряжение от действия сил трения равно:

Величина может быть получена из условия пластичности:

- продольное напряжение в обрабатываемом металле, равное величине среднего цельного давления на прессшайбе, =464,65 Мпа

Тогда эквивалентное напряжение () составит:

= 25,4+415,65=440,15 Мпа

Полученное значение значительно ниже значения предела текучести стали 5ХНВ при температуре 440°С, следовательно полученное значение удовлетворяет граничному условию.

2.2.11. Описание операций технологического процесса прессования панелей из сплава 1420 обратным методом.

1) Отливка слитков.

Отливка слитков осуществляется в литейном цехе методом полунепрерывного литья с использованием миксерного устройства для равномерного распределения компонентов по высоте и сечению отливаемого слитка.

Режим литья:

Т- температура литья, Т=670-690°С;

V – литья, V=117-124 мм/мин.

Размеры отливаемого слитка:

Dсл – наружный диаметр слитка, Dсл = 550 мм

dсл – внутренний диаметр слитка, dсл = 314 мм

Lсл – длина слитка, Lсл = 690 мм.

2) Гомогенизация слитков.

Гомогенизация проводится в литейном цехе и предназначена для выравнивания химического состава по сечению слитка и повышения технологичности слитка при горячей обработке давлением.

Режим гомогенизации:

Тг – температура гомогенизации, Тг = 500С;

- время выдержки, = 10 ч.

3) Обточка слитка по наружной и расточка по внутренней поверхности.

Необходимость этих операций связана с повышенными требованиями, предъявленными к качеству поверхности заготовки. На поверхности заготовок не должно быть задиров, трещин, окисных включений и других дефектов. Данные операции производятся на горизонтально-шпиндельных слиткофрезерных станках.

4) Нагрев заготовок.

Для прессования ребристых труб заготовки нагревают в гендукционных печах промышленной частоты. Перед загрузкой в печь размеры заготовок и состояние их поверхности подвергают контролю. Подача заготовок в печь, контроль температуры нагрева и подача заготовки на ось пресса рассмотрены в разделе автоматизации и механизации. Нагрев заготовки производится в индукционной печи ИН-1.

Характеристика печи ИН-1:

- мощность печи, кВт 1500-1800

- общая длина печи, мм 8000

- длина индуктора, мм 4100

- длина загрузочной стола, мм 1500

- внутренний диаметр индуктора, мм 600

- максимальный диаметр заготовки, мм 550

Первую заготовку нагревают до температуры

Последующие заготовки нагревают до температуры

Заготовки должны загружаться в печь. Для обеспечения равномерного нагрева передний конец заготовки должен находится на расстоянии 60-1800 мм от выходного конца индуктора. Допускаемый перепад температуры по длине заготовки не должен быть более 30 градусов. Заготовки, выходящие из печи с температурой ниже установленной, загружают в печь повторно. Заготовки, нагретые до температуры выше верхнего предела, но не выше предельно допустимой температуры, поступают на прессование только после охлаждения их до температуры прессования. Заготовки, нагретые выше предельно допустимой температуры, считаются окончательным браком и подлежат переплаву.

5) Прессование.

Выбор температуры прессования.

Выбор температурного режима прессования производится на основе анализа трех диаграмм: состояния, пластичности и рекристаллизации.

Основной из этих диаграмм является диаграмма пластичности, которая показывает зависимость пластических характеристик данного сплава от температуры. Диаграмма пластичности для сплава 1420 представлена на рисунке 7. Прессование должно вестись при температурах, при которых данный сплав обладает наивысшим уровнем пластических свойств. Как видно из диаграммы пластичности, сплав 1420 имеет самые высокие пластические характеристики в интервале температуры 340-465°С. Таким образом, температурный интервал горячего прессования сплава 1420: . При выборе оптимальной температуры прессования из указанного интервала необходимо учитывать следующее:

¨ Для изменения усилия прессования, повышения прочности характеристик, необходимо придерживаться температуры 450-460°С, однако при этом скорости истечения должны быть минимальными (0,8-1 м/мин);

¨ Скорости истечения можно повысить, если прессования вести на нижнем температурном пределе 340-350°С.

Из вышесказанного следует, что при выборе оптимального температурного интервала нагрева заготовки приходиться учитывать противоположенное влияние различных факторов и отдавать предпочтение тому, который в данном процессе имеет решающее значение.

Как уже отмечалось в данной работе процесс обратного прессования характеризуется отсутствием трения по контейнеру, а следовательно неравномерность деформации в данном процессе существенно ниже. Также значительно ниже и усилие прессования. С учетом этих факторов обратное прессование целесообразнее проводить при более низких температурах и повышенных скоростях истечения. Температура прессования: .

Для предупреждения запрессовки матрицы, процесс прессования ребристых труб необходимо начинать при скоростях истечения не более 0,8 м/мин, а затем, с началом установившегося процесса ее необходимо плавно (не скачками) увеличивать до 2,5-3 м/мин.

Сборку матричного комплекта осуществляют в холодном состоянии, после чего матричный комплект, прессшайбу и иглу нагревают до температуры не более 350°С. Контейнер нагревают до 350°С.

Нагрев инструмента (кроме контейнера) производится в печах электросопротивления.

Характеристика печи сопротивления:

- мощность, кВт 130

- максимальная температура теплоносителя, °С 500

- длина рабочей камеры печи, мм 2200

- ширина рабочей камеры печи, мм 1620

- высота рабочей камеры печи, мм 1200

Так как к панелям предъявляются весьма жесткие требования перед началом прессования проводят тщательную центровку прессового инструмента. При центровке контролируют: сочность контейнеродержателя и мундштука относительно оси прессования, перпендикулярность рабочего торца мундштука относительно оси прессования, сносность контейнера с полным прессштемперем, сносность матрицы с полным прессштемпелем и контейнером.

Процесс прессования производится следующим образом: нагретая заготовка по наклонному желобу скатывается на специальную лапу, которая поднимает ее на ось прессования; заготовка подается в контейнер пресса ходом прессштемпеля с иглой (на иглу предварительно одевается прессшайба); с другой стороны контейнер запирается полным прессштемпелем (или матрицедержателем), в котором закреплена матрица; прессовщик посредством дистрибутива подает жидкость высокого давления в главной цилиндр пресса, под действием которой начинает перемещаться система «контейнер-прессштемпель с иглой и прессшайбой – заготовка»; матричный узел остается неподвижным, при этом металл истекает в канал между матрицей и иглой, образуя ребристую трубу заданной конфигурации.

После завершения процесса прессования прессштемпеля с иглой отводятся в крайнее левое положение. Контейнер пресса отводится в исходное положение, при этом расстояние между иглой и контейнером должно быть достаточным для загрузки заготовки длиной 690 мм. Затем производится отделение с прессшайбой посредством гидравлического ножа. Для уменьшения деформации конца трубы при отделении прессостатка в нее вводят специальнкую шайбу.

Отпрессованную ребристую трубу длиной 21768 мм на столе пресса дисковой пилой разрезают на три части длиной 7110 мм каждая.

После второй прессовки отбирают образцы с двух концов прессованной трубы и замеряют все параметры. По результатам замеров корректируют матрицу. При настроенном процессе прессования размеры труб замеряют на каждой прессовке с обоих концов. Отпрессованные изделия укладывают в стопы, ряды труб перекладывают деревянными прокладками.

Виды дефектов при прессовании ребристых труб и способы их устранения:

- разностепенность ребристых труб, приводящая к разнотолщинности готовых панелей; причина продольной разнотолщинности заключается в переменном по ходу прессования радиальном давлении контейнера на матрицу, что устраняется использованием четырехслойных предварительно напряженных контейнеров, позволяющих значительно повысить их жесткость и стабилизировать величину радиальных давлений на матрицу;

- поперечная разнотолщинности; причина поперечной разнотолщинности прессованных труб заключается в изгибе иглы при прессовании, что можно устранить, уменьшив величину зазора между заготовкой и иглой;

- гофры на межстрингерных полях; причина появления гофр связана с неравномерностью течения металла при прессование; уменьшением изгиба игл и повышением жесткости контейнера значительно уменьшается величина гофров и частота их появления на ребристых трубах.

6) Разрезка труб по образующей.

При прессовании трубы, на ней формируется продольная канавка, определяющая линию разрезки трубы по образующей.

Перед разрезкой трубы, на ней просверливаются отверстия под закалку. Отверстия диаметром 18 мм высверливаются со стороны выходного конца, на расстоянии 40-60 мм от конца.

Расстояние между отверстием 300-400 мм.

Для разрезки ребристых труб применяют станки от стационарно установленной вращающейся фрезой, на которую надвигается труба.

Характеристика станка для разрезки ребристых труб по образующей:

- диаметр дисковой фрезы, мм 120

- толщина дисковой фрезы, мм 2

- скорость вращения фрезы, об/мин 700

- скорость передвижения трубы, м/мм 0,7

Разрезку осуществляют путем передвижения ребристой трубы специальным захватом, взаимодействующим с приводом станка. Подачу и снятие трубы со стола станков производят с помощью мостового крана. При разрезке не допускаются зарезы по полотну, выводящая панель за пределы допуска на размер полотна между кромкой и крайним стрингером.

7) Развертка ребристых труб в плоскость.

Развертку ребристых труб осуществляют на специальной машине конструкции ВНИИМЕТМАШ.

Характеристика машины ВНИИМЕТМАШ:

- диапазон диаметров развертываемых труб, мм 300-520

- диапазон толщины стенок развертываемых труб, мм 1,5-8

- количество крюков, пар 3

- количество цилиндров, штук 3

- давление в гидросистеме, Мпа 5,9

- усилие цилиндра, МН 0,25

- усилие на крюке, МН 0,12

Разверточная машина состоит из трех секций, каждая из которых снабжена индивидуальным управлением с пульта. Секция состоит из двух крюков, вращающихся на осях, закрепленных в шарнирах. При разгибке силовая схема машины замыкается, так как разгибаемая труба опирается на стол машины, а стол на основание секции. Для развертки труб применяют деревянные столы, на которые нашиваются доски с требуемым шагом пазов в зависимости от шага ребер на трубе.

Перед разверткой труба, разрезанная по образующей, укладывается краном на стол машины разрезом вверх. При этом необходимо, чтобы центральное ребро трубы было точно уложено в соответствующий паз стола. В отверстия, выполненные в крюках крайнего цилиндра, вставляют специальные штыри, на которые надвигается труба. Включается в работу первая секция машины. Крюки расходятся в стороны и штырями разводится разрез трубы. В трубу заводят распорную колодку, которая не позволяет трубе закрывается вследствие пружинения. Затем крюки первой секции сводят и вынимают из них штыри. Тубу с заложенной в нее распорной колодкой перемещают вдоль стола машины так, чтобы можно было вставить в разрез крюки. Далее тремя секциями трубу максимально возможно разгибают так, чтобы не было излома кромок от их изгиба. Распорную колодку вставляют в конце трубы, крюки секций сводят и трубу передвигают по столу на такое расстояние, при котором ширина щели достаточно для заведения в нее крюков. В этом положение заканчивается предварительная развертка трубы. После сведения крюков трубу перемещают на столе в первоначальное положение для окончательной развертки. Под крюки подкладывают специальные бруски из твердых пород дерева, которые позволяют более полно развернуть трубу, прижав кромки к столу без и повреждения от изгиба в местах соприкосновения с крюком. Вследствие пружинения развернутая труба остается корытообразной. Панель шириной 945 мм имеет поперечную кривизну до 150 мм, равномерную по всей длине панели.

8) Закалка.

Закалка состоит в фиксации при более низкой температуре состояния, свойственного сплаву при более высокой температуре. Закалку панелей производят в вертикальной печи с принудительной циркуляцией воздуха.

Характеристика закалочной печи.

- диаметр рабочей камеры, мм 1150

- общая высота рабочей камеры, мм 24,7

- полезная высота рабочей камеры, м 19,8

- максимальная длина загружаемых панелей, м 17

- диаметр закалочного бака, м 4,2

- глубина закалочного бака, м 22

- скорость погружения садки, м/с 0,5-0,9

- общая мощность печи, кВт 800

- количество зон, штук 8

- мощность по зонам, кВт 100

- количество вентиляторов, штук 2

- мощность вентиляторов, м³/ч 75000

- скорость потока воздуха, м/с 14

- скорость подъема панелей, м/с 0,5

Просверленные панели подвешивают на траверсу с помощью специальных скоб, закрепленных в загрузочный траверсе печи. Трубные панели, закаливаемые в развернутом виде подвешивают по 4-6 штук и подвязывают алюминиевой проволокой. По разрешению технолога цеха может быть допущена двухярусная закалка панелей, с интервалом между ярусами более двух метров.

Перед загрузкой в печь панели должны быть очищены от стружки, грязи и масла.

Загрузку садки в печь на нагрев производят из закалочного бака. Подъем садки в печь, контролируемый стрелкой циферблата сельсинного устройства, производят на максимальную высоту. Крышку печи закрывают только после того, как вода полностью стечет с загруженных в печь изделий. Нагрев под закалку производят при включении всех зон камеры нагрева печи и работе двух вентиляторов.

Выбор режима закалки:

- основное положение при выборе температуры закалки – возможно более полное растворение избыточных фаз в твердом растворе; на диаграмме состояния температура закалки должна находиться выше линии переменной растворимости, но ниже линии солидуса во избежание перекоса;

- время выдержки при температуре нагрева должно обеспечить растворение интерметаллидных фаз и зависит от состава сплава, температуры нагрева перед закалкой, исходной структуры и размера зерна;

- охлаждение при закалке следует проводить с такой скоростью, при которой не происходит распад твердого раствора.

В закаленной печи панели нагревают до температуры , выдерживают при этой температуре 20 минут. По окончании времени выдержки печи открывается и нагретые панели опускаются в закалочный бак. Время переноса садки из нагревательной среды в закалочный бак не должно превысить 15 секунд. Закалка должна производится при непрерывном погружении садки в закалочный бак. Температура воды в закалочном баке перед закалкой должна быть не выше 40ºС. После закалки садка должна выдерживаться в подвешенном состоянии до полного стекания воды.

9) Правка панелей на семивалковой машине.

Цель правки на семивалковой машине – уменьшение поперечной и продольной кривизны панелей. Для правки применяют семивалковые машины конструкции ВНИИМЕТМАШ.

Характеристика семивалковой машине ВНИИМЕТМАШ:

- максимальная ширина выправляемых панелей, мм 1650

- максимальная толщина выправляемых панелей, мм 20

- максимальная высота стрингеров, мм 85

- предел текучести обрабатываемого металла, Мпа до 45

- количество рабочих валков, штук 7

- количество задающих валков, мм 2

- диаметр рабочих и задающих валков, мм 400

- максимальное давление на рабочий валок, МН 4,2

- величина хода рабочих валков, мм 70

- мощность электродвигателя главного привода, кВт 95

- скорость правки, м/мин 6

- вес машины, тонн 166,5

Машина реверсивная, имеющая замкнутую силовую раму, установленную на фундаменте. Внутри станины смонтированы семь рабочих валков и два задающих. Верхние рабочие валки и верхний задающий валок перемещаются в вертикальном направлении каждый от самостоятельного привода, смонтированного в верхней части машины. Для удобства задачи в валки один конец панели выправляют до плоского состояния на прессе местной правки. Панель укладывают на машину и выправленным концом заводят в задающие валки; верхний наборный валок опускают, прижимая к нижнему гладкому валку, включают привод валков и панель задается в машину. Далее панель попадает в рабочие валкои, расположенные в шахматном порядке, которые правят кривизну панели посредством гиба с перегибом. Поперечная кривизна панели уменьшается со 150 мм до 40-50 мм.

После правки на семивалковой машине общая поперечная кривизна панелей составляет 4-5% от ширины панели, а поперечная кривизна между стрингерами 3-4% от межстрингерного расстояния. Эти показатели значительно превышают требуемые по техническим условиям. Для уменьшения поперечной кривизны панели правят на семивалковой правильной машине с плитой.

10)Правка панелей на семивалковой машине с плитой.

Правку производят прокаткой в плитах на семивалковой машине с гладкими бочками. Плиты изготавливают из сплава Амг6, толщиной от 80 до 130 мм. Перед укладкой панелей в плиты, последние тщательно смазывают машинным маслом, чтобы уменьшить трение между плитой и панелью.

Глубина пазов в плите на 2-3 мм больше высоты стрингеров, ширина пазов при прокатке панелей с фасонными стрингерами на 5-7 мм больше ширины верхней полки стрингера. Прокатка ведется с попеременным поперечным сдвигом панели то к одной, то к другой стороне пазов. Прокатку ведут в три прохода. Общая поперечная кривизна при прокатке уменьшается с 40-50 мм до 6-12 мм; местная поперечная кривизна уменьшается с 3-4 мм до 0,6-2,5 мм. Панели подвергают прокатке в свежезакаленном состоянии. На некоторых панелях, на отдельных участках, после правки на семивалковой машине с плитой бывает необходима правка на роликовой правильной машине с консольной подвеской роликов (для доводки геометрических параметров). Машина имеет шесть пар роликов. Оси каждой пары роликов расположены в одной вертикальной плоскости. Все ролики приводные. Правка заключается в обкатке межстрингерных полей панелей между роликами.

11) Правка панелей растяжением.

После правки на валковых и роликовых правильных машинах панели имеют местную продольную кривизну до 10-15 мм на 1 м длины и общую продольную кривизну до 80-100 мм при длине панели 3000 мм. Эти значения примерно на порядок превышают допустимые по техническим условиям. На некоторых панелях наблюдается значительная саблевидность: до 3 мм на 1 м длины. Отдельные панели имеют участки с более вытянутым полотном, а также неглубокий плавный гофр. Для устранения указанных дефектов панели правят растяжением. Правку производят на растяжной машине усилием 3,4 МН.

Характеристика растяжной машины для правки панелей:

- максимальное рабочее усилие, МН 3,4

- привод гидравлический

- максимальное усилие обратного хода, МН 0,64

- усилие зажима губок, МН 0,02

- максимальный ход передней головки, мм 1750

- максимальный ход задней головки, мм 2000

- длина растягиваемых панелей, мм 5000-10000

- максимальная скорость рабочего хода, мм/с 100

- давление в гидросистеме, МПа 9,8

- максимальный раствор губок, мм 130

Правку растяжением осуществляют ступенчато, с деформацией за каждое нагружение 0,5-0,8%. Суммарная степень деформации составляет 1,5-3%. После каждой ступени растяжения замеряют продольную кривизну панели и ее саблевидность. Продольную кривизну замеряют по полотну панели, саблевидность – по стрингерам.

Поскольку при последующих операциях правки продольная кривизна и саблевидность практически не изменяются значения указанных параметров, полученные при правке растяжением, должны удовлетворять требованиям технических условия на поставку.

12)Местная правка и рихтовка.

Правкой в валковых машинах нельзя добиться, чтобы поперечная кривизна панелей надежно удовлетворяла требованиям технических условия. Поперечную кривизну окончательно выправляют на консольных гидравлических прессах усилием 0,98 МН. Для правки используют специальные подкладные и нажимные предметы. Местную поперечную кривизну уменьшают ручной рихтовкой. Вручную также правят стрингеры панели, чтобы установить их перпендикулярно к полотну панели и обеспечить взаимную перпендикулярность вертикальных и горизонтальных полок стрингеров.

13)Обрезка захваток, вырезка образцов для испытаний.

От выправленных и прошедших термическую обработку панелей производит отбор образцов для испытаний на разрыв и контроль макро-, микроструктуры в объеме, предусмотренном соответствующими техническими условиями. Одновременно с вырезкой образцов для испытаний производится обрезка захваток и резка панелей в меру. Эти операции производятся на ленточной пиле.

Характеристика ленточной пилы:

- номер пилы 7869

- фирма Кирхнер

- число оборотов шкива в минуту, об/мин 405

- диаметр шкива, мм 785

- длина ленты, мм 5600

- скорость резания, м/мин 996

Размеры образцов для испытаний указаны в технических условиях на выпускаемую продукцию.

14) Травление разнотолщинности

Для лучшего выявления поверхностных дефектов и проведения УЗК панели длиной 3000 мм подвергаются травлению. С целью уменьшения разнотолщинности панелей, разрешается проводит местные травления отдельных частей панели в ваннах травления.

Травление производится в растворе едкого натра по следующему режиму:

- концентрация раствора, г/л 50-70

- температура раствора, ºС 50-65

- выдержка, мин 5-10

Для предотвращения образования плотного осадка в раствор добавляют 2 г/л глюканата натрия.

Промывку панелей после травления производят в теплой воде при температуре 35-60ºС путем трехкратного погружения, а затем в холодной проточной воде. Расход воды 25г/м².

14)Шабровка.

Шабровку панелей производят с целью выведения недопустимых дефектов, а также для доводки разнотолщинности полотна и отдельных элементов панелей до соответствия их техническим условиям.

На зачистку и шабровку панели поступают после приемки БЦК по качеству поверхности. При этом места, требующие зачистки, отмечают карандашом.

Шабровку производят трехгранным или фасонным шабером. На панелях не должно оставаться следов грубой шабровки. Поперечная зачистка не допускается.

3. Автоматизация и механизация технологического процесса.

Средства механизации и автоматизации обеспечивает получение высококачественной продукции (отсутствие поверхностных дефектов), поддержание постоянства скорости прессования. Средства механизации и автоматизации позволяют получать изделия с минимальными затратами при их изготовлении, а также исключают аварийные условия в работе.

Рассмотрим пооперационно изменяемые средства механизации и автоматизации. Также операция как: разбраковка, приемка ОТК, упаковка выполняются вручную, так ка невозможны с помощью средств механизации и автоматизации.

3.1. Нагрев заготовок.

Смонтирован механизм для перемещения в вертикальной плоскости зубонепрерывной цепи, которая захватывает одну заготовку из металлического короба и поднимает ее на наклонный стол подачи заготовок на приемный стол индукционной печи

Рисунок 6. Схема работы нагревательного устройства.

При достижении заданной температуры контактная термопара (она касается крайней левой заготовки в индукторе), автоматически отойдет от заготовки, повернется на некоторый угол, и замкнет конечный выключатель – КВ-НОК.

При замыкании контакта КВ реле пусковое 1РП окажется под током, которое самоблокируется своими НОК 1РП. Как только реле 1РП окажется под током, автоматически замыкают и Нок в цепи электромагнита 1Э. Электромагнит 1Э втянет в себя золотник распределительно устройства 5, и сжатый воздух от распределительного устройства по правому трубопроводчику поступит в пневмоцилиндр 4, шток пневмоцилиндра 4 начнет перемещаться справа на лево, при этом холодная заготовка из-под отсекателя 8 начнет выходить и проталкивать впереди расположенные заготовки в индукторе, то есть произойдет смещение всех заготовок на одну длину заготовки.

Нагретая заготовка вытолкнется из индуктора, а холодная заготовка подается в индуктор.

В крайнем левом положении шток пневмоцилиндра посредством флажкового устройства воздействует на путевое устройство 1ПВ и размыкает НЗК этого путевого устройства.

При размыкании НЗК 1ПВ обесточивается реле 1РП, автоматически открываются НЗК 1РП и первый магнит 1Э обесточивается.

После обесточивания 1Э под действием пружины золотник распределительного устройства 5 вернется в исходное положение, и сжатый воздух будет поступать в левый трубопровод и в левую полость пневмоцилиндра, шток которого начнет перемещаться слева направо.

При достижении правого крайнего положения флажковое устройство замкнет НОК 2ПВ под током окажется реле 2ПР, заблокируется это реле своими контактами и электромагнит 2Э окажется под током. 2Э втягивает в себя сердечник и золотник распределительного устройства 6 поднимается вверх. В этом случае сжатый воздух поступает по верхнему трубопроводу в верхнюю полость пневмоцилиндра 7, шток пневмоцилиндра 7 опускается вниз, а отсекатель 8 – вверх, пропуская очередную заготовку 3 на загрузочный стол. Как только заготовка окажется на столе индуктора, контакт НЗК 1КВ разомкнется, и реле РП обесточится, магнит обесточится, золотник распределительного устройства под действием пружины вернется в исходное положение, сжатый воздух в нижнюю полость пневмоцилиндра 7, шток пойдет вверх. Операция закончена.

3.2. Подача заготовки.

Механизм подачи заготовки от нагревательной печи к прессу конструктивно выполняют в зависимости от общей компоновки пресса с печью, усилия прессования и режима прессования.

В данной дипломной работе компоновка пресса с печью выполнена таким образом, что заготовка на лотке механизма подачи находится значительно ниже оси пресса. Для этого применяют механизм наклонного типа (рис. 9). Механизм смонтирован на станине 1. Гидравлический цилиндр 2 при движении по стационарно закрепленному штоку с помощью рейки 3 вращает шестерни 4 и 6. Шестерня 6 через рейку 5 создает поступательное движение ползуна 7 с лотком 8. Отношение диаметров начальных окружностей шестерен (1:3) обеспечивает увеличение хода ползуна по сравнению с ходом цилиндра в 3 раза.

Рисунок 7. Механизм подачи заготовок с наклонным перемещением ее.

3.3. Контроль усилия прессования и скорости прессования.

Для контроля усилия прессования используют тензодатчики, которые могут быть наклеены либо на стяжные колонны пресса, либо на элементы наладки инструмента и, как правило, для этой цели используется проставка. Компенсационные датчики, которые в процессе прессования меняют свои линейные размеры, не испытывают этой деформации (длина и сечение – постоянны), а меняется сопротивление компенсационных датчиков. Для того, чтобы измерить сопротивление проволочных датчиков в процессе прессования их соединяют в балансированный мост (рис. 10).

В диагональ моста включен гальванометр. В процессе прессования за счет изменения усилия, будут меняться линейные размеры 1 и S, сопротивление датчика, а так как напряжение питания постоянно, то будет меняться ток в диагонали моста.

Рисунок 8. Контроль усилия прессования

3.4. Автоматическое регулирование скорости прессования.

Напряжение от тахогенератора, подаваемое на соответствующий прибор, можно сравнить с установленным, эталонным. Разносить между эталонным напряжением и напряжением тахогенератора подается на вход фазачувствительного усилителя, где усиливается. Затем усиленная разность напряжений передается на управляющую обмотку электромагнитного усилителя, который управляет электродвигателем дроссельного клапана распределителя.

Изменение скорости плунжера в любую сторону от заданного значения вызывает появление разности напряжений на входе усилителя; электромагнитный усилитель возбуждается, и электродвигатель приводит в действие дроссельный клапан, восстанавливая скорость движения плунжера от заданного значения.

Рисунок 9. Автоматическое регулирование скорости прессования.

4. Безопасность производства и промышленная экология.

4.1. Анализ условий труда производственного процесса. Опасные и вредные факторы.

Основные элементы производственного процесса, формирующие опасные и вредные производственные факторы [8].

Таблица 7.

Количественная оценка опасных и вредных производственных факторов.

Таблица 8.

В прессовом цехе производственное оборудование полностью отвечает требованиям ГОСТ 12.3.026-81.

Движущиеся элементы оборудования снабжены защитными кожухами и ограждениями. Ограждения закрывают рабочее пространство в течении всего рабочего цикла (движение ползуна пресса). Если рабочее пространство остается открытым, то для обеспечения безопасности применяют рукоотстранители и двуручное управление прессом. К загорождениям предъявляют следующие требования: исключение попадания рук в рабочую зону, предохранения рук рабочего при пуске пресса. Ограждения выполняют из листовой стали, прозрачной небьющейся несгораемой пластмассы, в виде решетки из металлических прутков.

Прессовые цехи выделяют в атмосферу пыль, токсичные газы, пары и аэрозоли. Для очистки газовых выбросов от вредных примесей используют пылеулавливающие и газоочистные установки.

В сточных водах цехов содержаться взвешенные вещества и масла. Очистку сточных вод предусматривают в отстойниках и маслоуловителях.

При резке и другой механической обработке возникает ряд физических, химических, психофизиологических и биологических опасных и вредных факторов. Движущиеся части производственного оборудования, передвигающиеся изделия и заготовки, стружка обрабатываемых материалов, повышенное напряжение в электрических цепях – это физически опасные факторы.

Во время работы со сплавами, содержащими литий необходимо удалять мелкие отходы и стружку. Запрещается смешивать отходы из сплава 1420 с отходами из других сплавов. Использование затупленного инструмента при резке может вызвать воспламенение стружки и пыли. Допускается величина износа режущих кромок не более 0,2 мм по задней поверхности. Прессование панелей из сплава 1420 должно производится при включенной вентиляционной установке. Закалочная печь должна иметь автоматическую сигнализацию, на случай превышения температуры выше заданной. Для исключения выделения водорода в процессе закалки в воду уровень рН среды в закалочной ванне не должен превышать 10. Контроль рН среды осуществляется раз в сутки.

Микроклимат (ГОСТ 12.1.05)_

Таблица 9.

Категория тяжести 2Б. В цехах и на участках проведения прессовых работ применяют общеобменную приточно – вытянутую и местную вентиляцию, а также систему кондиционирования воздуха, включая кабины и помещения пультов управления. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха обеспечивают в рабочей зоне нормальное метеорологические условия и допустимые содержания вредных веществ в воздухе в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-85. В соответствии с данным ГОСТом вентиляция должна обеспечивать восьми кратный обмен воздуха в час. Температура зимой должна быть в пределах 17-19ºС, летом 20-22ºС. Площадь производственного помещения на одного рабочего составляет 20-100м². На одного рабочего допускается понижение температуры вне рабочего места до +8ºС. Дежурное отопление должно предусматриваться при наличие гидравлического хозяйства и при односменной и двухсменной работе цеха. Для этого рекомендуется использовать приточные центры, а если это экономически целесообразно (при больших мощностях электродвигателей), отопительные агрегаты. На постоянных рабочих местах или участках следует предусматривать температуру и подвижность воздуха принимать по СН 245-71, для категории тяжелых работ. В установках необходимо предусматривать охлаждение водой в теплый период и подогрев воздуха в калориферах в холодный период.

Воздух рабочей зоны.

Таблица 10.

Для очистки воздуха в рабочей зоне и уменьшения выбросов в атмосферу вредных веществ применяют вытяжную вентиляцию. Искусственная вентиляция включает в себя вытяжную и приточную вентиляцию. Вытяжная вентиляция должна быть размещена над каждой единицей образования, выделяющего вредные вещества. При этом воздух в содержащимися в нем вредными веществами попадает в заводскую систему очистки и очищенной выбрасывается в атмосферу.

Приточная вентиляция затягивает чистый воздух с улицы и нагнетает его в помещения цеха. Скорость движения воздуха в рабочей зоне должна быть в пределах 0,2-0,3 м/с. Искусственная вентиляция должна обеспечивать восьми кратный обмен воздуха в час. Источники естественной вентиляции должна быть предусмотрены при проектировании цеха. Источником местной вентиляции являются зонты, а общей - аэрационные фонари. Над каждым видом оборудования устанавливаются местные отсоса. Над люком для загрузки и люком для выхода из индуктивной печи устанавливаются зонты, над прессом укрытие серии ОВ-02-148, над агрегатами резки должна быть предусмотрены металлические козырьки, препятствующие распространение стружки и пыли, а так же зонты.

Производственный шум (ГОСТ 121.003-85)

Тональным считается шум одна треть октавного спектра которого имеет пики с уровням, превышающими на 10ДБ и более уровня, в соседних полосах. Источником тонального шума являются машинные генераторы токов повышенной частоты для питания индукционных нагревателей. Источником механического шума являются движущиеся части и механизмы оборудования, а также трения металла о металл. Для уменьшения вредного воздействия шумовых факторов при проектировании основного оборудования необходимо предусматривать наличие звукопоглощающих материалов (кожухи из полиэтилена высокого давления). Источники тонального шума должны размещаться в обособленных помещениях.

Производственная вибрация (ГОСТ 121.012-85).

Таблица 12.

Для уменьшения действия вибрации на работающих необходимо проводить ряд мероприятий. Операционно-технические: замена ручных операций автоматическими, создание новых конструкций инструмента и машин. Планово-предупредительный ремонт и контроль за вибрационными параметрами: ручные машины должны не реже, чем один раз в шесть месяцев проверятся на соответствие требуемых вибрационным параметрам. Гигиенические и лечебно-профилактические: общее время контакта работающего с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, на протяжении смены не должна превышать 2/3 длительности дня.

Освещенность.

Таблица 13.

Освещение делится на искусственное и естественное. В прессовом цехе имеет место боковое и верхнее естественное освещение. Бокове освещение осуществляется через световые проемы в стенах, а верхнее через аэрационные фонари. Искусственное освещение осуществляется электрическими лампами. По конструктивному исполнению искусственное освещение делят на общее и комбинированное. К общему освещению добавляется местное. Местное освещение – это концентрирующий световой поток непосредственно на рабочих местах.

В качестве источников света для освещения промышленных предприятий люминесцентные лампы, обладающие: высокой отдачей, высокой экономичностью, большим сроком службы.

При проектировании осветительных установок в прессовых цехах следует вводить коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации установок (загрязнение светильников). Указанный коэффициент для люминесцентных ламп равен 1,8.

4.2. Электробезопасность, пожаробезопасность.

Электробезопасность.

Прессовый цех по электробезопасности характеризуется как помещение с повышенной опасностью, за счет токопроводящей пыли и возможности прикосновения человека к токопроводящим элементам, а за счет травильных отделений его можно отнести к особо опасным.

Прессовое оборудование по степени электробезопасности относится к низковольтному (напряжение U = 380В). Индуктивные нагреватели относятся к высоковольтному оборудованию (напряжение U = 1000В).

В целях предупреждения электротравматизма предусматривают следующие меры защиты: корпуса оборудования должны быть заземлены; места соединения проводов должны находиться в специальных коробках, полученных специальными предупреждающими знаками; генераторы индукционных печей должна находиться в специально отведенных помещениях, куда разрешен доступ только обслуживающего персонала; в помещении должно быть несколько аварийных выключателей электроэнергии; все токопроводящие части оборудования должны быть недоступны для прикосновения благодаря наличию изоляции.

Пожаробезопасность.

По степени пожароопасности помещения прессовых цехов относят к группе «Г». Это обработка металлов в горячем состоянии, сопровождающаяся выделением теплоты. Производства этой категории характеризуются наличием веществ и материалов в горячем или раскаленном состоянии, процесс обработки которых связан с выделением тепла, искр, жидких и газообразующих веществ.

Сплавы, содержащие литий, обладают повышенной склонностью и окислению и возгоранию по сравнению со стандартными алюминиевыми сплавами. Скорость окисления возрастает увеличением температуры нагрева и степени измельчения частиц. Алюминиево-литиевые сплавы в компактном состоянии не воспламеняются при нагреве до температуры плавления благодаря окисной пленке. Температура воспламенения стружки составляет 450ºС и выше. Скопления пыли из этих сплавов способны воспламеняться самопроизвольно под действием различных источников тепла или в присутствии влаги и тем самым служить причиной пожаров.

В качестве основных средств тушения горячих алюминиево-литейных сплавов можно использовать флюсы, применяемые при плавке этих сплавов, а также порошковый состав ПГС-М. Тушение и локализация небольших очагов загорания возможны порошковым составом МГС на основе графита, асбестовой тканью, асбестовой крошкой, окисью магния. При больших количествах горячего сплава следует применять передвижение и стационарные установки порошкового тушения с наполнением одним из вышеперечисленных элементов. В качестве установок порошкового тушения можно рекомендовать установки ОП-250 объемом 250 метров или порошковые огнетушители ОП-100 емкостью 100 литров.

Средства пожаротушения должны размещаться в герметично закрывающийся таре вблизи рабочих мест, у мест накопления изделий и на участках сбора и брикетирования стружки. Пригодность средств пожаротушения проверяется не реже одного раза в месяц путем отбора проб и проверки на влажность . Влажность флюса или порошкового тушащего состава не должна превышать 3%.

Электромагнитные поля (ГОСТ 12.1.006)

Таблица 14.

Так как электромагнитное излучение оказывает вредное влияние на организм человека, корпуса индуктивных печей и кожухи генераторов делают из материалов, препятствующих через них электромагнитные излучения. Для этого применяют общее экранирование всей установки, либо экранирование отдельных блоков. При общем экранировании за экран выносят пульт управления. Для трансформатора экраном служит металлический кожух на расстоянии не менее одного радиуса трансформатора. Перед смотровым окном печи должна быть предусмотрена металлическая сетка. Экраны должны быть снабжены электроблокировкой, исключающей подачу В4 напряжения при открытом экране. Экраны могут быть выполнены из алюминия и его сплавов.

4.3. Источники загрязнения атмосферы.

Таблица 15.

Для предупреждения вредных выбросов в атмосферу, над каждой единицей оборудования устанавливается специальная вытяжная установка, воздух из которой попадает в общеобменную вентиляцию. Линия резки оборудована пылеосадочными камерами «Циклон». Так как алюминиевая, а особенно литиевая пыль являются взрывоопасными, трубопровод для удаления пыли должен иметь гладкую поверхность (для предупреждения скопления пыли).

Источники загрязнения гидросферы.

Таблица 16.

В сточных водах цеха содержится 0,4-1 г/л взвешенных веществ, 0,01-0,06 г/л масла. Расход производственной воды на охлаждение инструмента и компрессора насосно-аккумуляторной станции 160-175 куб.м/ч. Очистку сточных вод предусматривают устройство отстойника периодического действия.

В отстойниках перемешивают очищенную воду с молотой известью или известковым молоком. Перемешивание рекомендуется производить сжатым воздухом. Продолжительность отстаивания в отстойнике не менее 30 минут.

5. Организационно-экономический раздел.

5.1. Технико – экономическое обоснование разработанной технологии.

В данном разделе дипломной работы приводится технико-экономическое обоснование разработанной технологии производства панелей из сплава 1420 методом ребристых труб, с последующей разверткой в плоскость [9].

Основным потребителем панелей из этих сплавов является авиационная промышленность. В авиационной промышленности панели применяют для производства топливных баков, подкрылок и в качестве обшивочного материала. Основным поводом для внедрения нового технологического процесса (замена прямого прессования прессованием с обратным истечением металла) поступило то, что обратное прессование позволяет значительно повысить производительность процесса (увеличение скорости прессования в 1,5-2 раза), снизить энергозатраты (усилие прессования снижается на 40%, что позволяет использовать заготовки большого объема и, следовательно, увеличивать съем металла с пресса в единицу времени), повысить выход годного (уменьшить высоты прессостатка, уменьшение технологических отходов, уменьшение доли геометрических отходов на одно изделие). Повышение уровня автоматизации и механизации в новом варианте позволит значительно уменьшить время вспомогательных операций и сократить число рабочих до минимума. Таким образом ожидаемый экономический эффект будет основан на снижении трудоемкости процесса и уменьшение отходов.

Исходные данные.

Таблица 17.

5.2. Расчет цеховой себестоимости.

Затраты на основные материалы ().

Затраты на вспомогательные материалы ().

Затраты на основную заработную плату материалы ().

Затраты на дополнительную заработную плату производственных рабочих ().

Затраты на социальное страхование ().

Затраты электроэнергии на технологические цели ().

Затраты электроэнергии на нагрев заготовок в индукционной печи.

Затраты электроэнергии на закалку панелей.

Затраты на технологический инструмент ().

Таблица 18.

Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования ().

Таблица 19.

Расчет затрат на амортизацию пресса ():

Расчет затрат на индукционную печь ():

Расчет на амортизацию растяжной машины (:

Расчет на амортизацию закалочной печи (:

Расчет затрат на амортизацию правильной машины ():

Расчет затрат на амортизацию агрегата продольной резки:

Расчет затрат на амортизацию ленточной пилы ():

Расчет затрат на амортизацию на устройство подачи заготовки, отделения прессостатка ():

С = (180 × 0,0012 × 1 × 0,635 × 0,7)/(0,94 × 0,7) = 0,14 руб/шт.

Расчёт затрат электроэнергии агрегата отделения прессостатка (С:

С = (150 × 0,0022 × 1 × 0,635 × 0,7)/(0,94 × 0,7) = 0,22 руб./шт;

С = (150 × 0,0013 × 1 × 0,635 × 0,7)/(0,94 × 0,7) = 0,13 руб./шт;

С = 145,9 + 40,5 + 6,75 + 0,972 + 0,337 + 0,22 = 194,7 руб./шт;

С = 36,48 + 23,8 + 6,75 + 0,972 + 0,14 + 0,13 = 68,272 руб./шт;

Е = 2,26 + 1,509 + 194,7 = 198,469 руб./шт;

Е = 0,8 + 0,546 + 68,272 = 69,618 руб./шт.

Цеховые расходы (Е):

Е = 0,7(З + Е)

Е = 0,7(15,82 + 198,469) = 150 руб./шт;

Е = 0,7(7,85 + 68,272) = 53,28 руб./шт.

Цеховая себестоимость (С):

Таблица 20.

5.3. Расчёт полной себестоимости (Сп.i.):

С = С + Е + Е + Е + Е

С - цеховая себестоимость;

Е - расходы на брак;

Е - общезаводские затраты;

Е - внутренние затраты.

Расходы на брак (Е):

Е = К × (Е + Е + З + Е + Е)

К - коэффициент брака, К = 0,05;

Е = 0,05(5624,47 + 224,98 + 15,82 + 4,2 + 198,469) = 303,4 руб./шт;

Е = 0,05(4269,496 + 170,78 + 7,85 + 1,05 + 69,618) = 225,93 руб./шт.

Общезаводские затраты (Е):

Е = К × (З + Е)

К - коэффициент общезаводских затрат, К = 0,06

Е = 0,06(15,82 + 198,469) = 12,85 руб./шт;

Е = 0,06(7,85 + 69,618) = 3,87 руб./шт.

Внепроизводственные затраты (Е):

Е = К × (С + Е + Е)

К - коэффициент внепроизводственных затрат, К = 0,03.

К = 0,03 × (6380,5 + 303,4 + 12,85) = 200,9 руб./шт;

Е = 0,03 × (4648,177 + 225,93 + 3,87) = 146,34 руб./шт.

Полная себестоимость (С):

С = 6380,5 + 303,4 + 12,85 + 200,9 = 6897,65 руб./шт;

С = 4648,177 + 225,93 + 3,97 + 146,34 = 5024,3 руб./шт.

5.4. Расчёт годового экономического эффекта от внедрения нового варианта (Эг.н.):

Э = Р - З

Р - стоимостная оценка результатов в расчётном году

З - стоимостная оценка затрат в расчётном году

Р = N × Ц

N – годовая программа выпуска, N = 287

Ц – цена одного изделия

Ц = С + П

С – себестоимость единицы продукции

П – нормативная прибыль, 15% × С

Ц = 5024,3 + 5024,3 × 0,15 = 5777,95 руб./шт

Р = 287 × 5777,95 = 1658271,65 руб.

З = С × N + Е × к

К – единовременная затрата при производстве

Е - норматив эффективности капиталовложений, Е = 15%

З = 5024,3 × 287 + 0,15 × 1201000 = 1622124,1 руб.

Э = 1658271,65 – 1622124,1 = 36147,55 рублей.

Вывод: внедрение новой технологии прессования (с обратным истечением метала) позволило значительно повысить производительность процесса, снизить энергозатраты, повысить выход годного. А, следовательно, увеличить прибыль от реализации продукции. Годовой экономический эффект составил 36147,55 рублей.

Общие выводы по работе.

В данной дипломной работе разработан новый технологический процесс получения панелей из сплава 1420 методом обратного прессования. Нагрев заготовки производится в индукционной печи ИН – 1, с температурой нагрева заготовок 350-370°С.

Прессование ведётся на прессе усилием 79 МН и скоростью истечения = 2,5-3 м/мин, действительная вытяжка = 35,41.

Размеры заготовки составили: Д = 540 мм, d = 304 мм, l - 690 мм.

Закалка производится в закалочной печи, температура закалки 450-465°С, время выдержки – 20 минут. Отпрессованная панель длиной 3000 мм.

Элементы механизации и автоматизации в новом технологическом процессе позволили снизить трудоёмкость труда, увеличить производительность на 10-15% за счёт увеличения скорости прессования. Элементы механизации и автоматизации также позволили также повысить культуру производства, качество производимых изделий.

В разделе «Безопасность производства и промышленная экология» приняты меры для обеспечения безопасности в прессовом цехе. Разработаны предприятия по обеспечению пожаробезопасности и электробезопасности.

В организационно-экономическом разделе составлена цеховая себестоимость, рассчитана полная себестоимость и годовой экономический эффект от внедрения новой технологии, который составляет 36147,55 рублей.

Список используемой литературы.

1. Ерманок М.З. «Прессование панелей из алюминиевых сплавов», Москва, «Металлургия», 1974 г.

2. Ерманок М.З., Фейгин В.И., Сухоруков М.А. «Прессование профилей из алюминиевых сплавов», Москва, «Металлургия», 1977 г.

3. Справочник ВИАМ, Шалин Р.Е., Москва, ОНТИ, 1982 г.

4. Микляев П.Г. «Механические свойства лёгких сплавов при температурах и скоростях обработки давлением», Справочник, Москва, «Металлургия», 1994 г.

5. Методические указания к дипломному проектированию. «Структура и оформление курсовых, аттестационных и дипломных работ», Составители: Шемет А.Е., Соколов В.С., Соколов А.В., Москва, 1999 г.

6. Белов С.В. «Справочник по безопасности производственных процессов», Москва, «Машиностроение», 1979 г.

7. Злотников С.А. «Техника безопасности и производственная санитария», Москва, «Машиностроение», 1984 г.

8. Бюлин Л.А. «Справочник по технике безопасности», Москва, «Энергоатом-гудат», 1984 г.

9. Геворкян А.М., Карасёва А.А. «Экономика и организация производства» в дипломных проектах по технологическим специальностям», Москва, «Высшая школа», 1982 г.