автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование технологических особенностей производства деформированием двухкомпонентных автомобильных колес из алюминиевых сплавов

Страница

Введение

Глава 1. Современное состояние производства дисков автомобильных колес из алюминиевых сплавов.

1.1 Способы получения дисков из легких сплавов методами пластической деформации.

1.2 Основные тенденции развития процессов.

1.3 Задачи повышения эффективности производства.

1.4 Выводы.

Глава 2. Разработка конструкции, выбор материала, оборудования и методы экспериментальных исследований процессов пластического формоизменения деталей двухкомпонентных колес .,.

2.1 Разработка конструкции двухкомпонентного колеса.

2.2 Выбор материала колес.

2.3 Оборудование.

2.3.1 Выплавка исходного металла . .\.

2.3.2 Прессовое оборудование для предварительной деформации

2.3.3 Штамповочное оборудование.

2.4 Исследование параметров деформации изделий

2.5 Выводы.

Глава 3. Исследование и разработка технологических режимов производства ступицы.

3.1 Исследование, разработка режимов деформации.

3.2 Расчет усилий штамповки.

3.3 Основная технологическая схема.

3.4 Механическая обработка дисков.

3.5 Исследование качества изделий.

3.6 Выводы.

Глава 4. Исследование основных технологических операций процесса раскатки обода колеса.

4.1 Оборудование и средства осуществления процесса.

4.2 Ротационная раскатка обода.

4.2.1 Исходные положения.

4.2.2 Программное обеспечение.

4.2.3 Расчет размеров заготовки.

4.2.4 Дефекты при ротационной раскатке.

4.3 Основные технологические и сборочные операции.

4.4 Исследования свойств, структуры, другие испытания.

4.5 Выводы.

Глава 5. Разработка промышленной технологии производства и оценка надежности при эксплуатации двухкомпонентных колес

5.1 Разработка технологического процесса.

5.2 Схема исследования и действующие нагрузки.

5.3 Расчет нагрузок для схемы нагружения 1.

5.4 Расчет нагрузок для схемы нагружения 2.

5.5 Построение расчетной модели.

5.6 Анализ результатов моделирования.

5.7 Выводы.

5.8 Перспективы развития процесса.

В ускорении научно-технического процесса при производстве промышленных изделий важное место принадлежит созданию эффективных технологических процессов и совершенствованию действующих.

Одним из главных направлений в этой работе является повышение технического уровня производства, интенсификация его, которая состоит прежде всего в том, чтобы результаты производства росли быстрее, чем затраты на него, чтобы, вовлекая в производство сравнительно меньше ресурсов, можно было бы добиться большего. За счет широкого внедрения прогрессивных технологических процессов, современного высокопроизводительного оборудования, комплексной механизации и автоматизации производства должны обеспечиваться существенная экономия конструкционных материалов, сокращение трудоемкости обработки заготовок повышение их эксплуатационных характеристик и надежности.

В автомобильной промышленности разных стран все шире применяют легкие сплавы для производства деталей легковых и грузовых автомобилей, в том числе колес.

Колеса из алюминиевого сплава впервые были применены на спортивных автомобилях в 1964 году в США. В Италии и Японии в 1967 году, также колеса появились на автомобилях общего назначения.

Использование алюминия вместо стали, обусловлено его физико-техническими свойствами: малой плотностью, высокой удельной прочностью, высокой тепло проводимостью, хорошими литейными свойствами, хорошей обрабатываемостью, хорошей обрабатываемостью резанием, пригодностью для различных методов сварки плавлением, а также возможностью разнообразной декоративной обработки поверхности.

В нашей стране имеется несколько специализированных участков и цехов для производства колес из легких сплавов литьем под низким давлением ( Российско - Германское совместное предприятие "К & К"(г. Красноярск)),

Балашихинский и Каменск-Уральский литейно-механические заводы, МАО "Кристалл" (г. Москва).

Применяемая технология позволяет получать колеса с разнообразным дизайном. Однако широкого развития этот процесс не получил и объемы производства литейных колес значительно ниже по сравнению с объемами производства в зарубежных странах.

Достаточно широкое распространение получило производство алюминиевых дисков колес методами ковки и штамповки. Этим заняты предприятия, производящие и обрабатывающие алюминиевые сплавы. Для производства колес используется имеющиеся на предприятиях ковочное и штамповочное оборудование. Значительные объемы изделий выпускаются с использованием горячей объемной штамповки в разъемных матрицах.

Перспективным направлением в решении этой задачи является разработка и внедрение в производство двухкомпонентного колеса с ободом, полученным методом раскатки. Изготовление разнотолщинного по сечению профиля и обеспечиваемый этим способом деформации высокий уровень физико-механических свойств металла дают возможность получить высокопрочное колесо с минимальной массой.

Разработке высокопрочной конструкции автомобильного двухкомпонентного колеса, исследованию технологии получения обечайки из листовой заготовки, анализу объемной малоотходной штамповки ступицы и внедрению процесса в производство посвящается настоящая диссертационная работа.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 В результате проведенного анализа отечественных и зарубежных :нологических процессов производства автомобильных колес сделан вы

1 о целесообразности и перспективности разработки технологии производ-ю двухкомпонентного колеса из алюминиевых сплавов, состоящего из 'пицы и обода.

2 На основе анализа существующих методов получения обработкой эдением дисков автомобильных колес обоснован выбор конструктивной ;мы двухкомпонентного колеса 5j х 13, получения ступицы колеса штам-зкой из сплава АВ и обода из листового материала АМг2 ротационной жаткой.

3 В результате теоретического и экспериментального исследования щесса получения ступицы - основной несущей детали колесного привода но установлено, что для получения качественного изделия из сплава необ-(имо проведение следующих операций:

Осадка предварительно прессованных заготовок размером D3 к L3 = 150 к 230 мм с получением поковки диаметром ~ 340 мм и высотой 40 мм при toc = 420 - 400 °С => штамповка в два перехода при такой же температуре и смазке: смесь графита с маслом ВАПОР-Т (1:2). При окончательной штамповке детали расчетная величина усилия не должна превышать 80 % предельного усилия пресса,. А конструкция штампа должна обеспечивать, в основном, заполнение формы выдавливанием (истечением), чтобы исключить появление дополнительных растягивающих напряжений при осадке и уменьшить неравномерность деформации и свойств в различных сечениях заготовки.

4 Разработана методика и проведена с использованием программного обеспечения (программа L 4100) расчетно-технологическая проработка операций многопроходной ротационной раскатки обода, которая включает расчет координат точек сопряжения отдельных элементов образующей оболочковой детали по наружному и внутреннему контуру, разработку схемы и режимов деформирования по переходам, определение оптимальных размеров заготовки и технологического инструмента.

5 Экспериментально установлено, что ротационной раскатке оптимальное сочетание схемы формообразования и режимов обработки суммарной деформации 37, 5 % достигается при 9 переходах, при этом происходит утонение стенки до 0,8 1:0 (1;0 - толщина исходной заготовки) линейная подача - 50 мм/мин; относительная подача (на оборот шпинделя) 0,08 мм/об.; количество оборотов шпинделя в мин. 600 -обеспечивает необходимый профиль и геометрические размеры ступицы без дополнительной механической обработки, а также требования ОСТ 19075-85 по механическим свойствам.

6 Разработан технологический процесс производства двухкомпо-нентных дисков автомобильных колес 5] х 13, который включает изготовление ступицы из прессованной заготовки алюминиевого сплава АВ методом объемной штамповки с последующей термообработкой, травлением и изготовление профилированного неразборного глубокого обода из сплава Амг2 ротационной раскаткой (вытяжкой) предварительно сформованной листовой заготовки. Эффективность разработанной технологии обеспечивается высоким выходом годного (до 75 %), увеличением коэффициента использования металла при раскатке и снижением общей массы колеса.

7 Проверка прочности и надежности двухкомпонентного колеса при работе проведена по разработанной твердотельной модели колеса на основе использования циклической симметрии и программного комплекса АЫ8У8 5.3, которая позволяет при различных режимах на-гружения колеса определить точки и участки, испытывающие наибольшие напряжения и деформации. Расчетным путем показано, что максимальные напряжения в диске 153 МПа и ободе 145 МПа, возни

121 кающие в экстремальных условиях эксплуатации колеса, меньше допустимых для выбранных алюминиевых колес.

Результаты сертификационных испытаний по ГОСТ50511-93 двух-компонентных колес из алюминиевых сплавов дали положительные результаты.

8 Разработанная технология производства двухкомпонентных сборных колес внедрена на ЗАО «Ступинская металлургическая компания». Эти изделия получили сертификат соответствия № РОСЕ 1Ш.МТ 25.В01859.

1. Мельников В.В., Белов В.Д. Особенности изготовления дисков автомобильных колес из силумина литьем под низким давлением // Литейное производство, 1994, № 4, с. 21 23.

2. Каковин В.М., Никонов Е.В. Способ изготовления кольцевых поковок // АС 1780913 А1, бюллетень изобретений, № 46, 1992. Каковин В.М., Никонов Е.В. Способ изготовления кольцевых поковок // Патент 95100874, бюллетень изобретений, № 31, 1996.

3. Aluminium + Automobile. Lect. Intern. Simp. (Dusseldorf, 1980), p. 18/1, Dusseldorf, Ali-Veri (1981)/

4. Spath W. Automobiltechn. Z, 88, № 10, s*. 557 (1986).

5. Karida M.A. Eifert C.T. SAE Techn. Pap. Ser, # 841694, p. 1 (19840.

6. Справочник по алюминиевым сплавам, ВИЛС, 1978.

7. Изобретено колесо // Автомобильная промышленность США, 1996, №4/5, с. 30-31.

8. KS6161 алюминиевый сплав для автомобильных колес, имеющий высокую прочность // Nakai Manabu, Hirano Masakazu // Кобэ сейко гихо = Коте Steel Eng. Repts, 1992, 42, № 26 с. 134 - Япон.// Реф.: РЖ Металлургия, 1992, 10И433.

9. Изготовление автомобильных колес из легких сплавов // Zerres Eberhard // Maschinenmarkt 1994 - 100, № 45, с. 8 - Нем.

10. В центре внимания автомобильной промышленности производство деталей из алюминия // Metallurgia- 1993 60, № 11, с. 376 - Англ. Реф.: РЖ Металлургия, 1995, 1Д148.

11. Использование алюминия в автомобильных конструкциях // Advanced Materials and Processes 1996 - V. 149, № 5, P. 29 -30. Реф.: Технология легких сплавов, 1997, № 1, с. 68 - 69.

12. Южная Корея: потребность в алюминии для изготовления ободов автомобильных колес возрастает // Aluminium -1991 67, № 9, с. 842 - 843. -Нем. Реф.: РЖ Металлургия, 1992, 2Г13.

13. Автоматическая обработка алюминиевых колес // Tool/ and Prod 1994 -59, № 11, с. 25. - Англ. Реф.: РЖ Технология машиностроения, 1994, 10Б176.

14. Способ изготовления автомобильных колес: Заявка 0680794 ЕПВ: МКИ В 21 D-53/30; Опубл. 8.11.95. Реф.: РЖ Технология машиностроения, 1997, ЗВ74П.

15. Термообработка деталей автомобильного назначения, выполненных из высокопрочных легких сплавов // Е. Morbitzer || Aluminium 1995 - Т. 71, №4, с. 438-439.

16. Термическая обработка и механические свойства алюминиевого литейного сплава А356 // Takaai Tetsuya, Nakayama Yoshihiro, Koga Masaaki и др. // Met. Abstr. Lighf Metals and Alloys, Vol. 27. (1993 1994) - Osaka, 1994-c. 130-Англ. Реф.: 1996, 1И517.

17. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давление // М., Машиностроение, 1979, 213 с.

18. Шофман J1.A. Основы расчета процессов штамповки и прессования // М, Машгиз, 1961, 340 с.

19. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением // М., Машиностроение, 1979, 215 с. i Tokado К., Fukudo A. Biger Aluminium Forgings by Koba. American Machinist, Juby, 1984, p/ 99 - 103.

20. Barbazanges J. Hes nou veces possibilités offertes par d'Interforge Annales des mimes, Jan vur, 1979, p. 55 - 62.

21. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами // Машиностроение, М., 1966, 158 с.

22. Изготовление обечаек ротационной вытяжкой на станках типа СРГ, производственная инструкция, НИАТ, 1990, 32 с.

23. Проектирование технологических процессов автоматизированной ротационной вытяжки на токарных станках, оснащение ЧПУ // Руководящий технологический материал, НИАТ, 1988, 56 с. Ansys user's manual for revision 5.3. T 1-4. 1995.

24. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ. Под. ред. Б.Е. Победри // М., Мир, 1975, 541 с.

25. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций // М., Машиностроение, 1977, 488 с.127

26. Цукерберг С.М. и др. Пневматические шины. // М., Химия, 1973, 264 с. Корнев М.В. Батурин А.И. Оценка напряженно-деформированного состояния двухкомпонентного алюминиевого автомобильного колеса // Технология легких сплавов, № 3, 2000 г., с. 31 36.

27. СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ ГОСТ Р ГР С СТ АН ДАРТ Р О С С И ИеЕШГИ ФИ КАТЮООШЕТеТВ и я

28. СТВУЕТ ТРЕБОВ^ЙЯМ' НОРМАТИВНЫ^ Й®0511 ж&г-.-.•>•*.-.¡-г.'' * ^. • - . к- ■ код ТН ВЭД СНГ:рсковская обл.^г. Ступ и н о, ул.' Л р и ста н ци о н н ая, 19, РФ уу:-' ^

29. КАТ вь1д^^^ у .■-.■•■■/'■•■■■'. ;

30. Генеральный директор ЗАО «СМК»1. Щ/ / / А.В.Степанов

31. Технический акт промышленного внедрения

32. Работа выполнялась по разработанным технологиям производства рмической обработки.

33. На основании протокола испытаний № 17-00 от 19.04.2000 г. на ко) 5.х1 ЗН2 органом по сертификации ИЦ-НИЦИАМТ выдан сертифи-зоответствия № РОСС RU.MT25.B01859.

34. Мы всегда готовы идти навстречу пожеланиям ■ заказчика. Для заказа колес, не указанных в каталоге,м ,