Расчет гидравлического пресса на мощность и деформацию

- охолодження профілів;

- виправлення  профілів;

- різання  на мірні довжини чи змотування в бухту;

- термообробка;

- обробка;

- упакування та відвантаження [2].

 

 

1.3 Аналіз устаткування, технології і якості труб

 

 

Обладнання  даного пресового цеху спроектовано таким чином, щоб виготовляти  алюмінієві профілі головним чином  зі сплаву АМг2. Це говорить про те, що напруження при виробництві прямокутної труби не вийдуть за межі потужності пресу. Пластичність даного сплаву досить велика і завдяки цьому процес пресування проходить з помірним навантаженням, а отже з низьким зносом деформуючого інструменту. Завдяки цьому точність геометричних розмірів профілів знаходиться на досить високому рівні.

Ця пресова  лінія є універсальною у зв’язку  з тим, що профілі спочатку пресуються на пресі, потім згинаються, а далі піддаються штучному старінню. Ці всі  операції дозволяють отримати конструкційні  профілі з високими показниками  міцності.

У даний  агрегат входить такий пристрій як пулер, що захоплює та тягне профіль  після виходу останнього з пресу. Це дозволяє збільшити точність геометрії  та дещо зменшити зусилля пресу.

Також аналіз роботи пресового цеху показує, що є  можливість збільшити виробництво  профілю завдяки переходу на тризмінний графік роботи замість двозмінного. Отже додаткове навантаження на прес зменшить величину змінних витрат, що позитивно відобразиться на економічному стані заводу.

Щодо  пресового інструменту, то останні  доопрацювання показали, що зміна  форми живильника з постійним  радіусом на змінний (більшим під  містками) робить більш якісним зварний  шов.

З усього вище зазначеного робимо висновок, що за якість готового прес-виробу відповідають такі параметри виробничого процесу як:

• характеристика заготовки та матриці (хімічний склад, розміри, міцність та пластичність);
• налаштування та технологічні параметри роботи пресу (температура нагрівання заготовки та контейнера, швидкість пресування, зусилля пресування);
• налаштування допоміжних пристроїв (розтяжних машин, пил різання профілів та охолоджуючої системи).

Таким чином  актуальною задачею є розширення сортаменту пресу за рахунок впровадження технології пресування прямокутної  труби 33х20 зі сплаву АМг2.

 

2 ОСНОВНА ЧАСТИНА

2.1 Обґрунтування  доцільності запропонованого технологічного  рішення

 

 

Профіль (рисунок 2.1) використовують, як елемент драбини (рисунок 2.2). Після пресування цей профіль піддають згинанню, а після цього – штучному старінню. Сплави з високим вмістом Mg та Si зміцнюються швидше, ніж з низьким їх вмістом. Виходячи з виробничих умов гнуття може здійснюватися через кілька діб після пресування (до трьох діб). За цей час сплави з високим вмістом зазначених вище хімічних елементів, наприклад, 6082 значно зміцнюються в процесі природного старіння. Тому для виробництва цього профілю обираємо сплав АМг2, що легко деформується.

 

 

Рисунок 2.1 – Поперечний переріз профілю для виготовлення стійки драбини

Рисунок 2.2 – Драбина, що виготовляється в умовах ЗАТ «Дніпровський завод «АЛЮМАШ»»

 

Іншою визначною  особливістю на користь використання цього сплаву є те, що в євронормах існують вимоги по жорсткості конструкції, зокрема по величині вигину задньої стійки драбини (див. рис.2.2). Ця величина залежить від модуля Юнга та поперечного перерізу, а не від міцності. Модуль Юнга для всіх алюмінієвих сплавів приблизно однаковий і дорівнює 70 ГПА.

Хімічний  склад та механічні властивості  сплаву АМг2 відповідно до стандарту ГОСТ 4784-97 наведено в таблиці 2.1 та таблиці 2.2 [3].

 

Таблиця 2.1 – Хімічний склад алюмінієвого сплаву АМг2

Si	Fe	Mn	Cu	Mg	Cr	Zn	Ti	Інші
								Один елемент	Всього
0,3-0,4%	0,1-0,5%	0,1- 0,5%	0,15%	1,7-2,4%	0,05%	0,15%	0,15%	0,05%	0,15%

Таблиця 2.2 – Механічні властивості алюмінієвого сплаву АМг2

Вид термічної обробки	σB	σ0.2	Δ	Твердість за Брінелєм
Т6	147 MПa	59 MПa	13%	60 HB

 

Також слід відзначити декоративні особливості  алюмінієвих сплавів. Для отримання  виробів, зокрема драбин, з глянцевою  поверхнею їх (вироби) необхідно  полірувати, але це не матиме користі, якщо сплав буде мати великий вміст  заліза. Глянцеву поверхню отримують  при вмісті Fe 0.2 % та нижче. По мірі збільшення вмісту заліза, колір профілю починає отримувати сірий відтінок, а блиск – тьмяніє. Для отримання матової поверхні, вміст заліза в сплаві повинен бути не менше 0.18%. По мірі підвищення рівня заліза, матова поверхня досягається значно ефективніше. Наявність вмісту Fe більш за 0.3 % після анодного оксидування приводить до тьмяніння поверхні.

Хімічний  состав сплаву, що розливається в умовах ЗАТ «Дніпровський завод «АЛЮМАШ»», вирізняється низьким вмістом зазначеної вище шкідливої домішки, тобто заліза, і тому може використовуватись у виробництві профілів без додаткової хімічної обробки.

 

 

2.2 Розрахунок довжини заготовки та вибір температурно-швидкісних параметрів при виробництві прямокутних труб розміром 33х20 мм

 

 

Довжину заготовки при пресуванні в загальному випадку визначають за наступною формулою:

 

,    (2.1) 

 

де n – число каналів у матриці;

F_з і F_пр – площі перетину відповідно заготовки і профілю з урахуванням плюсових допусків;

m – кратність профілів у пресовці;

l_пр – довжина готового профілю, мм;

Dl – припуск на довжину, мм;

l_к.о. – довжина кінцевої обрізі, мм;

h_п.з. – товщина прес-залишку, мм;

k_розпр – коефіцієнт розпресовки.

Коефіцієнт  розпресовки визначається як відношення площ поперечного перерізу контейнера і заготовки:

 

    (2.2)

 

де D_к, D_з – внутрішній діаметр втулки контейнера та заготовки відповідно, мм.

Висота  прес-залишку:

 

.   (2.3)

 

Площа поперечного перерізу заготовки:

 

.    (2.4)

 

Коефіцієнт витяжки:

 

    (2.5)

 

де F_пр – площа поперечного перерізу профілю;

m = 10; n = 2; Dl = 7 мм; l_к.о. = 250 мм.

Знайдемо довжину заготовки за формулою (2.1):

 

.

 

Приймаємо довжину заготовки рівною 320 мм.

Пресування  алюмінію і його сплавів здійснюється в широкому діапазоні температур від 200 до 500°С. При пресуванні алюмінієвих сплавів температуру нагрівання заготовки встановлюють з урахуванням температури підігріву контейнера.

Температури нагріву контейнера фіксовані у вузькому діапазоні і наведені у таблиці 2.3 для різних параметрів пресування [2].

 

Таблиця 2.3 - Температури нагрівання контейнера та заготовки при пресуванні сплаву АМг2

Марка сплаву	Профілі	Температура, °С
		контейнера	заготовки	гранично припустима
АМг2	Без загартування на пресі	350 – 430	370 – 500	520
	З загартуванням на пресі	400 – 450	450 – 520

 

 

Отже, проаналізувавши  дані таблиці, приймаємо: пресування проходить з загартовуванням на пресі, з температурою контейнера  430°С, температурою заготовки 470 - 500°С.

Швидкість витікання для різних алюмінієвих сплавів у залежності від діаметра контейнера, довжини  заготовки і зусилля преса може бути визначена по наступній формулі, отриманих шляхом апроксимації даних, представлених у [4]:

 

   (2.7)

 

де P_н – номінальне зусилля пресу, МН.

Коефіцієнти, що входять у цей  вираз, наведено в таблиці 2.4.

 

Таблиця 2.4 - Коефіцієнти вираження для  визначення швидкості витікання  при пресуванні алюмінієвих сплавів

Сплав	b0, м/хв	b1´103, м/(хв×мм)	b2´106, м/(хв×мм2)	b3´103, м/(хв×мм)	b4´106, м/(хв×мм2)	b5´103, м/(хв×МН)	b6´103, м/(хв×МН2)	Коефіцієнт кореляції
АМг2	17,46	-78,8	102	-15,4	8	139,0	2,8	0,970

 

 

Швидкість пресування знаходиться у межах 5-10 мм/с.

 

 

2.3 Проектування  технологічного інструменту

2.3.1. Виконавчі розміри каналів матриці

 

 

Основними вихідними даними для визначення виконавчих розмірів каналу матриці є матеріал, форма, розміри і допуски на розміри поперечного перерізу профілю. Крім того, необхідно враховувати особливості зміни геометрії окремих елементів перетину профілю в процесі пресування і виправлення розтяганням.

Довжину і ширину каналу матриці  призначають звичайно з точністю до 0,01 мм, товщину робочого паска – до 0,1 мм, розміри форкамери – до 0,5 (1,0) мм.

У першому наближенні виконавчі  розміри каналу суцільної матриці  можуть бути визначені шляхом множення розміру профілю на 1,010...1,012 –  великі значення відносяться до більш  міцних сплавів. Для порожнього профілю  рекомендується використовувати коефіцієнт 1,013...1,014, для суцільного - 1,011...1,012.

Визначаємо розмір каналу матриці за формулою:

 

А = А₀ + (k_t + k_р + k_у) А₀ + D_I,   (2.8)

 

де A₀ – відповідний розмір профілю, мм;

kt – температурний коефіцієнт;

k_р – коефіцієнт, що враховує зменшення лінійних і кутових розмірів за рахунок натягу пулера під час пресування та при виправленні розтяганням;

k_у – коефіцієнт утягування – враховує зміну розміру за рахунок того, що елементи з меншим питомим периметром прагнуть придбати більшу витяжку, ніж елементи з великим питомим периметром;

D_i – припуск, що враховує знос або налипання, мм [2].

Значення цих коефіцієнтів можуть бути визначені експериментально –  для різних типів профілів, сплавів  і режимів пресування вони будуть істотно відрізнятися. Як загальне положення відзначимо, що при збільшенні натягу пулера або збільшенні величини розтягання при виправленні товщина стінок профілю буде зменшуватися нерівномірно – зміна розміру найбільша на краю консольного елемента. Тому при проектуванні матриці варто орієнтуватися на характерні для даного виробництва величини технологічних параметрів.

Коефіцієнт, що враховує величину температурної  усадки профілю, визначається як:

 

     (2.9)

 

де Т і Т₁ – температури нагрівання, відповідно, заготовки і матриці, K;

a, a₁ – коефіцієнти лінійного розширення матеріалу, що пресується, і матриці при цих температурах, 1/K.

За формулою (2.9):

 

.

 

Коефіцієнт k_р, що враховує зменшення розмірів за рахунок натягнення пулера, може бути визначений за наступним виразом:

 

lg k_р = - 1,628 - 0,318 lg A₀;    (2.10)

 

звідки:

 

k_p = 10^( - 1.628 - 0.318 lgA₀).

 

Значення коефіцієнту k_y можливо визначити за виразом:

 

lg k_y = - 1,524 - 0,467 lg A₀.    (2.11)

 

Призначення припуску на знос D_і  дозволяє компенсувати знос в процесі експлуатації і продовжити термін служби матриці. Припуск має негативний знак і залежить від поля допуску на даний розмір. Проте величину D_і слід приймати менше половини поля допуску, враховуючи точність прорізання каналу. Також потрібно враховувати, що до зносу більшою мірою схильні більш вузькі елементи каналу, тобто чим менше лінійний розмір каналу, тим більше знос. Для призначення D_і (мм) можна використовувати емпіричну формулу (2.12):

D_і = 0,038 lnA₀ – 0,072   при А₀<6 мм, або D_і = 0 при А₀³6 мм. (2.12)

 

Результати розрахунків за формулами (2.8 – 2.12) по кожному з лінійних розмірів профілю заносимо до таблиці 2.5.