автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии изготовления изделий из алюминиевых сплавов штамповкой кристаллизующегося металла

Введение

Глава 1 Состояние вопроса по литературным источникам, цель и задачи исследований

1.1 Механизм формообразования и уплотнения в процессе штамповки кристаллизующегося металла

1.2 Давление и продолжительность его воздействия на металл

1.3 Скорость деформирования

1.4 Влияние температуры заливки металла на технологический процесс

1.5 Температура штампа. Рекомендуемые значения

1.6 Технологические смазки, применяемые при штамповке кристаллизующегося металла

1.7 Применение вибрации при литье для улучшения механических свойств отливок

1.8 Оборудование, применяемое для штамповки кристаллизующегося металла

Выводы по первому разделу. Задачи работы;

Глава 2 Теоретические предпосылки по решению данной задачи

2.1 Расчет охлаждения металла поковки

2.1.1 Использование дифференциального уравнения теплопроводности Фурье-Кирхгофа при решении задачи теплопередачи при штамповке

2.1.2 Решение уравнения теплопроводности

2.2 Расчет охлаждения металла в процессе штамповки

2.2.1 Расчет охлаждения металла поковки в общем случае

2.2.2 Охлаждение расплава при переносе от печи к штампу

2.2.3 Охлаждение расплава в штампе до приложения давления

2.2.4 Расчёт процесса затвердевания поковки

2.2.5 Расчет охлаждения затвердевшей поковки до температуры извлечения

2.3 Расчет необходимой силы деформирования

Выводы по второму разделу

Глава 3 Экспериментальные исследования технологических параметров штамповки кристаллизующегося металла

3.1 Определение силы деформирования

3.2 Эксперимент по определению времени деформирования

3.3 Исследования затрат силы деформирования на трение

3.4 Исследование влияния температуры заливаемого металла на качество изготавливаемых изделий

3.5 Исследование влияния температуры штампа на качество изготавливаемых изделий

3.6 Экспериментальные исследования скорости деформирования

Выводы по третьему разделу

Глава 4 Сопоставление теоретических и экспериментальных данных.

4.1 Продолжительность воздействия силы деформирования на кристаллизующийся металл

4.2 Сила деформирования, и ее изменение в процессе штамповки кристаллизующегося металла

4.3 Рекомендации по выбору рациональной температуры заливки расплава в штамп

4.4 Рекомендации по выбору рациональной температуры штампа

4.5 Рекомендации по применению рациональных технологических смазок

4.6 Требования, предъявляемые к сплавам для штамповки кристаллизующегося металла

4.7 Рекомендации по заливке металла в штамп

4.8 Рекомендации по проектированию оборудования и оснастки

Общие выводы

1. На основе анализа и обобщения процессов штамповки кристаллизующегося алюминия установлено, что выбор основных технологических параметров производят в основном исходя из производственного опыта или экспериментально. Рекомендуемые значения величин технологических параметров носят разрозненный, а иногда и противоречивый характер. Методика расчета технологических параметров развита недостаточно.

2. Проведенный расчет температуры металла поковки на всех этапах технологического цикла позволил определить необходимые температуры заливки расплава в штамп (температура заливки расплава должна быть в диапазоне t3Cm= tKp+50+80°С).

Рекомендован диапазон температур инструмента, при котором технологический процесс проходил с получением изделий без дефектов поверхности и внутренней структуры (для штамповки алюминиевых сплавов температура матрицы должна быть 150-250 °С, а пуансона на 50 °С ниже).

3. На основе анализа условий трения в зоне контакта, начального объема воздуха в металле, условий теплообмена установлено, что с увеличением деформирующей силы повышаются механические свойства штампуемых поковок. Например, повышение давления со 150 - 200 МПа до 250 -ЗООМПа позволило увеличить предел прочности С7в на 11%, относительное удлинение 8 на 17%.

4. В момент приложения давления резко увеличивается теплообмен между металлом поковки и штампом, вследствие чего возрастает скорость затвердевания. Продолжительность кристаллизации под давлением, сокращается в 3 - 3,5 раза. Рекомендовано при определении продолжительности выдержки металла под давлением использовать коэффициент теплоотдачи в 2,8 - 3 раза больше, чем при затвердевании поковки без воздействия давления на металл.

5. Экспериментальные исследования подтвердили результаты расчета времени затвердевания и силы деформирования. Максимальное расхождение между теоретическими и экспериментальными данными по расчету времени затвердевания не превышает 12%, по расчету силы деформирования 5%.

Варьирование скорости деформирования в пределах 2-7 мм/сек не оказывает существенного влияния на заполнение гравюры штампа и изменение механических свойств материала толстостенных поковок.

6. Сформулированы рекомендации по применению наиболее подходящих технологических смазок рабочей поверхности штампа. Наиболее эффективна графитовая

195 смазка на водной основе, либо на основе минерального масла (в пропорции 5/1 по объему). Смазка проста в приготовлении, имеет небольшую стоимость, хорошо наносится и удерживается на поверхности штампа, имеет лучшие смазывающие свойства и не теряет их в температурном интервале штамповки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кирдеев Ю.П., Зимин В.В., Гришин А.В. Оценка внешнего давления на заготовку при штамповке изделий из кристаллизующегося алюминия. / М.: Кузнечно- штамповочное производство. - 2000 г., № 11, с. 11-13.

2. Кирдеев Ю.П., Гришин В.В., Гришин А.В. Оценка долговечности инструмента для штамповки кристаллизующегося металла. / М.: Кузнечно- штамповочное произволство.-2001 г., №2, с. 26-28.

3. Лыжников Е.И., Гришин А.В., Гришин В.В. Разработка технологического процесса и оснастки для изготовления изделий штамповкой из жидкого металла. / М.: Кузнечно-штамповочное производство. - 2002 г., № 5, с. 17-20.

Внедрение результатов работы

На предприятиях ООО «Научно производственный центр автоматизации и техники безопасности» г. Москва и ООО «ИНГОРТЕХ» г. Екатеринбург используются поковки «Корпус датчика метана» и «Крышка датчика метана» изготовленные штамповкой кристаллизующегося металла с учетом результатов проведенных нами аналитических и экспериментальных исследований. Срок изготовления датчиков сократился в 3 раза по сравнению с обработкой резанием. Выход годного составил 99,4 для корпуса и 99,1 для крышки, коэффициент использования металла 0,86 и 0.84 соответственно.

За время эксплуатации данных изделий выхода из строя не наблюдалось

1. Аршанский Ш.Я., Цукуров О.А., Марков В.В., Пименов Н.П. Штамповка заготовок из жидких сплавов: Обзор. М.: НИИмаш, 1978. - Сер. 6-2.

2. А.С. 1537367 /СССР/. Способ определения скорости затвердевания металла при литье с кристаллизацией под давлением. МКИ В 22 D 18/00.

3. Баландин Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливок. Изд. 2-е, пепе-раб. и доп. -М.: Машиностроение, 1973. 288 с.

4. Батышев А. И., Михайлов А. М., Мамедов Ф. М. Особенности формирования заготовок из чистой меди при литье с кристаллизацией под механическим давлением. // Литейное производство, 1977, №2, с. 20.

5. Батышев А. И., Бобров В.И., и др. Прессы для литья под давлением. // Литейное производство, 1972, №11, с. 7 9.

6. Батышев А.И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. 2-е издание. М.: Металлургия, 1990. - 144 с.

7. Безпалько В.И., Кантеник С.К., Батышев А.И. Формирование отливок из сплавов А1-Si при литье с кристаллизацией под давлением. // Литейное производство, 1982, №10, с. 24-25.

8. Безпалько В.И. Заполняемость тонких каналов форм при поршневом прессовании сплава AJI2. // Литейное производство, 1986, №8, с. 16 17.

9. Беликов А. Н. Белянский А. А. Литье с применением вибрации. // Авиационная промышленность, 1957,№10.

10. Белопухов А.К. Технологические режимы литья под давлением. М.: Машиностроение, 1967. - 240 с.

11. Бидуля П.Н., Кимов B.C., Искаков С.С. Влияние характера механического давления на первичную кристаллизацию и свойства стали. // Известия вузов. Чёрная металлургия, 1964, №11.

12. Бобров И. И. Гречко Н.П. Опыт штамповки деталей из жидкого металла. // Вестник машиностроения, 1945, №6-7.

13. Быков П.А. Прессование затвердевающего металла. Обзор. Пермь: Западно-Уральский ЦНТИ, 1976. - 20 с.

14. Вейник А.И. Теория особых видов лиьтья. М.: МашГиз, 1958. - 435 с.

15. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: МеталлургИздат, 1959.-30 с.

16. Векшин В. И. Жидкая штамповка точных отливок. // Литейное производство, 1972, №1,с.21 -23.

17. Гейко И.В., Марков В.В. Экспериментальное определение сил трения при жидкой штамповке. // Литейное производство, 1983, №2, с. 35 38.

18. Говорков В. М., Шебалин К. Н. Влияние вибрации на кристаллизацию металлов. Т. 24. Вып. 1.ЖТФ, 1954.

19. Горшков И. Е. Литье слитков цветных металлов и сплавов. Изд. 2-е, перераб. -М.: МеталлургИздат, 1952.- 415 с.

20. Гудзий А.Е., Лившиц В.Б. Вкладыши из стали 4Х5В2ФС, прессованной при кристаллизации. // Литейное производство, 1977, №1, с. 24 26.

21. Гребенюк Г.С., Алымов И.М., Золотухина Н.Д., Михайленко Б.Е. О жидкой штамповке стали. // Кузнечно-штамповочное производство, 1967, №5, с. 6 8.

22. Гришин Л. Г., Покровский Е. М., Солодухо О. А., Жириков Л. Б. Давление и время затвердевания при жидкой штамповке стальных заготовок. // Кузнечно-штамповочное производство, 1996, №1, с. 18 -20.

23. Зубов Л.А, Беган Л.И. Штамповка из жидкой стали деталей типа колец и втулок. //

24. Кузнечно-штамповочное производство, 1964, №11, с. 16-18.19834)35)36)37)38)39)40)41)42)43)44)45)46)47)48)49)50)51)52)

25. Карножицкий В.Н. Контактный теплообмен в процессах литья. Киев: Наукова думка, 1978.-300 с.

26. Липчин Т.Н. Эффективность упрочнения сплавов при кристаллизации под давлением. // Литейное производство, 1985, №3, с. 13 15.

27. Новиков И.И., Корольков Г. А., Золотаревский В. С. Применение вибрации в период кристаллизации. Сб. Научных трудов института цветных металлов им. М. И. Калинина. М.:МеталлургИздат, 1960. - 35 с.

28. Пляцкий В. М. Штамповка из жидкого металла. М.: Машиностроение, 1964. -315с.

29. Половинин П. И. Влияние вибрации во время затвердевания отливки на ее свойства. Сб. Рациональные технологические процессы литья. Труды МВТУ им. Баумана. Вып. 8. М., МашГиз, 1950.

30. Романов А. А. Литье стали в вибрирующие формы. М.: Свердловск, 1959. - 63 с. Савин И. В. Прессование стали в процессе кристаллизации. // Машиностроитель, 1958, №6.

31. Савицкий Е.М. Влияние температуры на механические свойства металлов и сплавов. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 232 с.

32. Скобло С. Я., Донцов П. М. Механизм образования конуса осаждения в слитке. // Сталь, 1951, №6.

33. Смирнов Н. И., Королев К. М. Применение вибрации при литье в кокиль. // Авиапромышленность, 1938, №4.

34. Тайц Н. Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1962. - 567 с. Темянко Л. С., Намазон Е. И. Жидкая штамповка поршней. // Кузнечно-штамповочное производство, 1968, №7, с. 16.

35. Темянко Л. С., Намазон Е. И. Жидкая штамповка поршней колесных цилиндров наавтоматах. Кузнечно-штамповочное производство, 1989, №13, с. 5.199

36. Теория пластической деформации металлов/ Под ред. Унксова Е.П., Овчинникова А.Г. М.: Машиностроение 1983. - 598 с.

37. Томашевский С. К., Крумских В. И., Турбин С. К. Оборудование для прессования заготовок из металлических расплавов. // Кузнечно-штамповочное производство, 1985, №5, с. 34-35.

38. Хун Шенчан. Жидкая штамповка мотоциклетных корпусов амортизаторов из алюминиевого сплава. // Кузнечно-штамповочное производство, 1994, №11, с. 30.

39. Челышев А. Г., Еманов JL Ф., Овчинников Е. JL Изготовление деталей типа «фланец» методом литья с кристаллизацией под давлением. // Кузнечно-штамповочное производство, 1985, №6, с. 22-23.

40. Чувагин Н.Ф., Гейко И.В., Марков В.В. Тимофеев Г.И. Потери усилия прессования при литье под давлением и жидкой штамповке. // Литейное производство, 1985, №10, с. 23-24.

41. Штамповка жидкого металла: литье с кристаллизацией под давлением./Под ред. Ба-тышева А.И. -М.: Машиностроение 1979. 200 с.

42. Young К.Р. Application of real time process control in the production of high performance light alloy casting. // 62-th World Foundry Congress. Philadelphia, USA, April 23-26, 1996, pp. 1-13.

43. Kopp R. et al. Thixoextrusion of Aluminium Wrought Alloys. // Proceedings of the 5-th international Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. Golden, Colorado, USA, June23-25, 1998, pp. 283-290.

44. Modigell M., Koke J. Time. Dependent Rheological Properties of Semi solid Metal Alloys. // Accepted for publication in: Journal of "Mechanics of Time - Dependent Materials". - Kluwer Academic Publishers, 1999.

45. Утверждаю: Ген. директор ООО «ИНГ(#>ТЕХ»1. Утверждаю:

46. Проректор по научной работе1. Кутин А А2002 г1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

47. Срок изготовления датчиков по технологии МГТУ «СТАНКИН» в сравнении с традиционной технологией сократился в 3 раз, при практически безотходном производстве.

48. За время эксплуатации данных изделий выхода из строя не наблюдалось.

49. Руководитель работы: д.т.н., проф. Кирдеев Ю.П.1. Утверждаю: Ген. директор

50. ООО «Научно производственный центр автоматизации и техники Г асности») к т у Басовский Б И1. Утверждаю:лл^-Лподпись2002 г1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

51. За время эксплуатации данных изделий выхода из строя не наблюдалось.

52. Руководитель работы: Ответственныйд.т.н., проф.1. Кирдеев Ю.П.m1. Г" 2002 гу, 2002г