Проектирование прессового участка

3.2. Определение баланса металла, величины отходов по операциям технологического процесса. Расчет технологической карты

Известны коэффициенты потерь металла на каждой операции в процентах от запуска (табл. 11).

Таблица 11

Коэффициенты потерь металла

Тогда суммарный коэффициент потерь металла будет k = 19.46%.. Отсюда запуск металла равен

З = Q100%/(100 - k), [3] (5)

где Q - выпуск металла, тонн/год.

З = 35000тонн/год100%/(100% - 19.46%) = 4345.667 тонн/год.

Теперь легко определить потери металла и коэффициенты выхода годного для каждой операции. Результаты расчета приведены в табл. 12.

Таблица 12

Потери металла и коэффициенты выхода годного

Баланс металла равен

Б = Q100%/K , [3] (4)

где K - суммарный коэффициент выхода годного, %.

Б = 3500тонн/год100%/80.5% = 4347.826 тонн/год.

3.3. Температурно-скоростные условия деформации (прессования)

Характер течения алюминия и его сплавов имеет свои особенности, обусловленные природой и физическими свойствами этих сплавов.

Высокая адгезия прессуемых сплавов к материалу инструмент обусловливает значительные напряжения контактного трения, приближающиеся к величине максимального сдвигающего напряжения. Это вызывает большие различия между величинами сдвиговые деформаций в периферийных и центральных слоях заготовки и приводит к повышению неравномерности деформации.

Относительно невысокие температуры деформации алюминиевых сплавов позволяют обеспечить небольшие перепады температур нагрева заготовки и инструмента. Это в сочетании с высокими теплоемкостью и теплопроводностью прессуемых сплавов позволяет уменьшить градиент температурного поля по сечению и длине заготовки и таким образом снизить неравномерность деформации.

Прессование с рубашкой алюминия и его сплавов не удается, так как приварка металла к стенкам контейнера затрудняет удаление рубашки из контейнера.

Алюминиевые сплавы прессуют большей частью методом прямого истечения без смазки контейнера. Для того чтобы повысить выход годного и обеспечить равномерность свойств пресс-изделий, в некоторых случаях применяют метод обратного истечения, например, при прессовании прутков большого диаметра из круглых слитков.

Налипание металла на иглу и большие напряжения, возникающие в игле при полной прошивке прочных алюминиевых сплавов, а также образование, на внутренней поверхности прошитого слитка межкристаллических разрушений обусловливают необходимость образования полости в слитке предварительным сверлением.

Пластичность АМг6 очень высока. Температурный интервал горячего прессования сплава лежит в широких пределах от 250 до 500 С. Повышение температуры способствует прилипанию сплава к инструменту и вызывает развитие дефектов поверхности пресс-изделий. Прессование сплавов на основе Al-Mg можно вести с очень большими скоростями (до 25 м/с). Скорость прессования для этой группы сплавов определяется не столько свойствами сплава, сколько техникой прессования и имеющимся оборудованием. Для проведения дальнейших расчетов были приняты скорость истечения, равная 0.047 м/с, и температура заготовки, равная 500C.

3.4. Определение мощности технологического оборудования, его выбор, описание

Мощность технологического оборудования зависит от энергосиловых параметров процесса.

Наиболее универсальной методикой расчета энергосиловых параметров прессования является методика И.Л. Перлина, которая использует принцип суперпозиции: сила прессования Р является суммой составляющих, каждая из которых учитывает расход мощности на преодоление реактивных сил в определенном месте очага деформации :

P = Rм + Tкр + Tм + Tп , [3]

где Rм - составляющая усилия на преодоление мощности внутренних сил (на собственно деформацию), Н;

Tкр - составляющая усилия на преодоление напряжений трения на стенках контейнера, Н;

Tм - составляющая усилия на преодоление напряжений трения на поверхности матрицы или напряжений среза мертвой зоны, Н;

Tп - составляющая усилия на преодоление напряжений трения на калибрующем пояске матрицы, Н.

В формулу могут быть включены и другие слагаемые, учитывающие иные энергозатраты, например на преодоление противодавления, напряжений трения на поверхности пресс-шайбы и др. Следует отметить, что формулы были получены при использовании условия текучести Треска, при использовании условия текучести Мизеса коэффициенты в формулах могут оказаться несколько иными. Слагаемые формулы И.Л. Перлина находятся в зависимости от конфигурации очага деформации.

При прессовании круглого прутка из круглой заготовки эти слагаемые определяются следующим образом:

Rм = 0.8Dк2sсрi/cos2(/2); [3] (5)

Tкр = 0.5кDкs0L; [3] (6)

Tм = 0.4мDк2sсрi/sin [3] (7)

Tп = 0.5пdsкlп , [3] (8)

где i = ln - логарифмическая степень деформации;

L = Lср - 0.5(Dк - d)/tg - длина распрессованного слитка за вычетом жесткой (мертвой) зоны, мм;

Lср = D2Lc/ Dк2 - длина распрессованного слитка, мм;

Dк , D и Lc - диаметр контейнера, диаметр и длина слитка, мм;

- угол обжимающей части пластической зоны, .

Последний угол равен углу естественного истечения металла (60…65) при полуугле образующей матрицы больше 60…65, в том числе при плоской матрице, и равен полууглу наклона образующей матрицы к оси прессования, если последний полуугол меньше угла естественного истечения. Примем ? = 60.

Коэффициенты трения к , м , п соответственно на контейнере, матрице и калибрующем пояске являются справочными данными. В случае прессования со смазкой к = м = п = 0.25.

Особую трудность вызывает определение величины сопротивления деформации, поскольку кривые упрочнения при сверхвысоких значениях пенсии деформации, характерных для прессования, до сих пор не построены из-за отсутствия соответствующих методик. В связи с этим пользуются имеющимися зависимостями величины сопротивления деформации s = (, , ), где - скорость деформации, - температура, экстраполируя данные в область высоких степеней деформации.

Температурно-скоростные параметры процесса назначают, применяя результаты расчета энергосиловых параметров и тепловых полей с учетом прочности и пластичности металла, а большей частью используя рекомендации, полученные в практике прессования, то есть учитывая, что максимальная скорость истечения АМг6 при прессовании 25 м/с. Указанная скорость не приводит к перегреву металла из-за выделения тепла деформации и в то же время к захолаживанию слитка промышленных размеров и массы.

Из условия постоянства секундных объемов скорости истечения u можно пересчитать на скорости прессования n по формуле

n = u/, [3] (9)

Степень деформации определяется по формуле

= ( - 1)/, [3] (10)

= (24.096 - 1)/24.096 = 0.958.

Теперь по кривым упрочнения [4] при заданных , и = 0 определяем s0 = 20МПа. При рассчитанном значении степени деформации определяем sk = 50МПа.

Значение среднего сопротивления деформации ср оценим, исходя из кривой упрочнения . Так как процесс деформирования осуществляется при больших степенях деформации, принимаем ср = s0 .

После расчета усилия деформации рассчитываем напряжение прессования p по формуле

p = 4P/(Dк2). [3] (11)

Это напряжение действует на пресс-шайбу, поэтому произведем проверку условия p < kв , где k > 1 - коэффициент запаса, в - предел прочности инструментального материала с учетом температуры нагрева этого инструмента.

Ниже приведен расчет параметров прессования прутка (табл. 13).

Таблица 13

Исходные данные и результаты расчета параметров прессования прутка

Следовательно, данный процесс можно осуществить на прессе усилием 24.517 МН. Проект пресса и руководство разработаны Коломенским СКБТСГ [5]. Пресс предназначен для прессования прямым методом прутков и профилей из алюминиевых сплавов. Завод-изготовитель - Коломенский ордена Трудового Красного Знамени завод тяжелого станкостроения. Тип пресса - прутковопрофильный горизонтальный гидравлический. Модель пресса - ПА8744. Габариты пресса в м (длинаxширинаxвысота) - 19.500x9.800x5.120. Вес пресса в кг - 277000. Общий вид пресса - чертеж ПА8744.00.001.

Органы управления:

- главный пульт управления (ПА8744.121);

- пульт управления (ПА8744.122).

Техническая характеристика пресса приведена в табл. 14.

Таблица 14

Техническая характеристика пресса