Жаропрочные сплавы

4.9 Обрезка облоя

Одной из важнейших операций в цикле технологии производства поковок является отделение или обрезка облоя. В подавляющем большинстве случаев обрезка облоя происходит в штампах, устанавливаемых на обрезных прессах. В данном случае обрезка производится на однокривошипном прессе, в обрезном штампе. Сущность процесса заключается в том, что поковка с облоем укладывается на матрицу, имеющую режущую кромку по контуру поковки. Надавливанием пуансона, укрепленного на ползуне пресса через державку или непосредственно поковка сдвигается по отношению к лежащему на матрице облою и таким образом происходит отделение поковки от облоя.

Усилие Р обрез., необходимое для обрезки облоя, можно выразить формулой:

Р обрез. =1,4Stв=1,4Fср. в (10)

где S - периметр среза, мм;

t - толщина мостика облоя равная 0,7- 0,8 от толщины мостика облойной канавки [7], мм;

в - предел прочности материала при температуре обрезки, МПа;

в = 200 МПа.

Тогда получим:

Р обрез. = 1,4 684 0,78 200 = 14 938,56 кгс = 149386 Н.

Конструкция обрезного штампа приведена в графической части работы (на плакате).

Технические характеристики используемого кривошипного пресса представлены в таблице 14.

Таблица 14

Технические характеристики обрезного однокривошипного пресса простого действия (ГОСТ 1026-87) [7].

4.10 Пескоструйная обработка

После нагрева на поковках остается слой окалины, который необходимо очистить, так как этот слой препятствует последующей механической обработке и ухудшает качество поверхности поковок. Очистку поковок от окалины производят после обрезки заусенца. Существуют несколько способов очистки. Наибольшее применение имеют травление, галтовка и дробеметная очистка.

В данном случае применяется струйно-абразивная очистка. Этот способ применяют для очистки кованных и штампованных поковок от окалины. В зависимости от состояния используемого рабочего тела (сухой абразив или абразивная жидкость) струйную очистку делят на пневмо- и гидроабразивную.

Энергоносителем в обоих случаях является сжатый воздух давлением 0,2-0,5 МПа, который абразивную жидкость или сухой абразив направляет струей на обрабатываемую поковку со скоростью 30-60 м/с. Пневмоабразивный способ очистки применяют ограниченно в связи с повышенной концентрацией остатков абразивного материала и частиц окалины в воздухе на рабочем месте [7].

При гидроабразивной очистке в качестве абразивной среды используют приготовленную в специальных установках смесь абразива с водой. Состав гидроабразивной смеси: 76,5 % воды; 20 % абразива; 3,5 % кальцинированной соды. Для гидроабразивной очистки применяют следующие абразивные материалы: кварцевый песок, корунд и карбид бора [1,7]. Кварцевый песок, как менее дефицитный и недорогой, используют с размерами зерен от 0,3 до 2 мм. При диаметре сопла от 4,0 до 10,0 мм расход воздуха давлением 0,5 МПа составляет 1-6 м3/мин.

На рис.7 представлена конструкция гидроабразивного барабана периодического действия. В колокол 4 через приемное окно камеры 2 загружаются поковки 3, где производится их очистка струйным аппаратом 1. Выгрузка очищенных поковок в бункер 6 выполняют путем наклона барабана с помощью привода 5.

Схема гидроабразивного барабана [1,7].

Рис. 7.

4.11 Зачистка дефектов

Если на поверхности поковок обнаружены дефекты - окисные плены, трещины, зажимы, подрезы, расслоения, риски, то они должны быть удалены перед дальнейшей обработкой.

Крупные поверхностные дефекты удаляют газопламенной обработкой, пневматическими молотками, зачисткой шлифовальными кругами. Для удаления поверхностного дефекта на стальных заготовках используют электрокорундовые шлифовальные круги на бакелитовой связке с зернистостью 12-60. Окружная скорость шлифовальных кругов составляет 30-50 м/с. Обработанные участки поверхности должны иметь плавные переходы.

При большом числе дефектов проводят обдирку на обдирочных, фрезеровочных или строгальных станках в зависимости от формы и вида исходного металла. Если глубина дефекта превышает значения, указанные в таблице 15, то металл бракуют.

Таблица 15

Допустимая глубина зачистки дефектов (ГОСТ 1050-84) [7].

Выбор способа зачистки зависит от выбора исходного материала, его назначения, марки материала, вида и степени развития дефекта, формы и размера поковки. После штамповки в открытых штампах, на некоторых производствах, поковки подвергают обточке в целях удаления обезуглероженного слоя и повышения точности по диаметру. Эффективна обточка на бесцентровых токарных станках, в которых пруток поступательно перемещается сквозь вращающиеся многорезцовые головки. Производительность бесцентрового токарного станка в 3-4 раза выше производительности универсального токарного станка. В данном случае зачистка производится на шлифовальных кругах.

4.12 Правка

Штампованные поковки могут искривляться в процессе изготовления при удалении из ручья и при их транспортировке. В особенности часто поковки искривляются при обрезке заусенца и прошивке отверстий.

На изогнутых поковках при механической обработке в некоторых местах может не хватать припуска, а в других будет его избыток. Если изгиб мал и припуск всюду нормальный, или близок к нормальному, то правку не делают. В противном случае правка необходима.

В разрабатываемом технологическом процессе правку производят на винтовом фрикционном прессе, предварительно нагрев в печи при температуре 1000 - 1100 5 0С. Технические характеристики фрикционного пресса представлены в табл. 16.

Таблица 16

Технические характеристики фрикционного пресса [1]

4.13 Контроль качества готовой продукции

Качество поковок определяется точностью их геометрической формы и размеров, механическими свойствами, структурой и отсутствием поверхностных и внутренних дефектов. Получение качественной поковки зависит от правильной разработки чертежа поковки, проектирования и выполнения технологического процесса штамповки, а также организацией работы технического контроля, в задачи которого входит не только выявление, но и предупреждение брака.

Для контроля размеров штампованных поковок используют измерительные инструменты. Из универсальных инструментов применяются штангенциркули, штангенвысотомеры, штангенглубиномеры, индикаторные кронциркули, радиусомеры, щупы и др. Для всесторонних измерений первых и последних поковок, снимаемых со штампа, производят их разметку на контрольной плите с применением поверочных призм, струбцинок и штангенрейсмуса. Для повышения производительности контроля применяют специальный инструмент - скобы, шаблоны и контрольные приспособления.

Контрольные приспособления состоят из базирующего, зажимного и измерительного устройств и разделяются на наладочные, показывающие фактические размеры поковок, и приемные, фиксирующие лишь попадание размеров поковки в допуск или выход из допуска. Пропускная способность приемных контрольных приспособлений составляет 300-1500 измерений в 1 час.

Применение метода вихревых токов позволяет контролировать химический состав, твердость, трещины, структурное состояние, внутреннее напряжение в поковках и размеры их сечений.

Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом. Этот метод основан на отражении ультразвукового луча от поверхности внутренних дефектов. Участки поковки, подвергаемые контролю, должны быть одинакового сечения. Методы ультразвуковой дефектоскопии регламентированы в ГОСТ 24507-80 [7]. Они позволяют выявить раковины, рыхлости, трещины, флокены, расслоения и другие несплошности в толще металла, не обнаруживаемые или не всегда обнаруживаемые другими методами неразрушающего контроля.

5. Разработка чертежей штамповой оснастки

На этапе разработки чертежа штамповой оснастки необходимо сконструировать штамп для горячей штамповки и и штамп для обрезки облоя для отштампованных полуфабрикатов из рассматриваемого хромоникелевого сплава. Конструирование штамповой оснасти для горячей объемной штамповке производится на основе рекомендаций изложенных в [1, 7]. В рамках дипломной работы были сконструированы две половины штампа для горячей объемной штамповки (рис. 8 - 10), обрезной штамп для отделения облоя от тела штампованного полуфабриката (рис. 11 - 12), а также разработаны детали обрезного штампа, а именно обрезной пуансон, обрезная матрица, подкладка под обрезную матрицу (подушка), элементы съемника облоя с пуансона при обратном ходе плунжера пресса (рис. 13-15). Чертежи элементов оснастки представлены также в графической части дипломной работы.

При проектировании штампов использовались данные ОСТов, ГОСТов, технических условий по проектированию штампов для горячей объемной штамповке на фрикционных прессах, а также заводских нормалей, принятых на ФГУП "ММПП "Салют".

В качестве материалов для изготовления штампов рекомендуется использовать жаростойкие инструментальные стали, предназначенные, по своим прочностным и механическим характеристикам, для изготовления рабочих деталей штампов горячей объемной штамповки. Рекомендуемые марки сталей и режимы по их термической обработке представлены на соответствующих плакатах в графической части дипломной работы.

Схема штампа для горячей объемной штамповки на фрикционном прессе.

Рис. 8.

Элемент сечения штампа для горячей объемной штамповки на фрикционном прессе (сечение по линии А-А).

Рис. 9.

Элемент сечения штампа для горячей объемной штамповке на фрикционном прессе (вид в направлении М).

Схема обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката.

Рис. 11.

Схема обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката (вид на нижнюю неподвижную половину штампа).

Рис. 12.

Пуансон обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката.

Рис. 13.

Матрица обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката

.

Рис. 14.

Подкладка под матрицу (подушка) обрезного штампа.

Рис. 15.

6. Автоматизация технологического процесса

Автоматизация технологического процесса позволяет повысить производительность штамповочного оборудования за счет сокращения цикла штамповки, высвободить рабочих за счет интенсификации технологии штамповки, проведения на одном агрегате максимально возможного числа операций, улучшить качество и точность поковок за счет стабилизации технологического процесса, повысить безопасность труда. Автоматизация и механизация технологических процессов горячей объемной штамповки развивается путем оснащения средствами механизации и автоматизации универсального оборудования, может образовать механизированные и автоматизированные линии, а также путем применения специализированных горячештамповочных машин-автоматов. Выбор метода определяется масштабностью производства поковок, номенклатурой деталей, закрепленных за линией, индивидуальными особенностями деталей и технологических процессов штамповки.

Данный технологический процесс полностью автоматизировать невыгодно, так как деталь имеет небольшую массу и размер, и годовая программа выпуска детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 составляет 200 000 шт./год, поэтому перенос ее от печи к штампу, от штампа к обрезному прессу осуществляется с помощью клещей. Единственное, что было бы целесообразно автоматизировать, это подачу смазки в штамп, для меньшей занятости рабочего. Схема подачи смазки в штамп приведена в графической части проекта и на рис. 16.

Установка состоит из бака 1, мешалки 2 с электроприводом и дозирующей системой, выполненной из двух неподвижных дисков 3 и 4, стягиваемых подпружиненными стяжками 5, и поворотного диска 6 с отверстиями по периметру, расположенного между неподвижными дисками. Диск 6 насажен на вал 7, который может поворачиваться пневмоцилиндром 8.

Автоматизированная система нанесения масло графитовой смазки при горячей объемной штамповки детали типа "фланец".

Рис. 16.

Управление пневмоцилиндром осуществляется пневмоклапаном К1, а подача сжатого воздуха в установку клапаном К2.Установка имеет четыре отвода, поэтому может одновременно смазывать от одного до четырех ручьев. Установка при штамповке работает следующим образом. В бак 1 заливают суспензию графита в масле и включают мешалку 2. Отштамповав очередную поковку, штамповщик сбрасывает ее на лоток 9 через боковое окно пресса. На верхней стенке окна расположен фотоэлектрический датчик 10, который срабатывает от действия света нагретой поковки и дает команду на включение клапанов К1 и К2. Пневмоцилиндр 8 поворачивает вал 7 и связанный с ним диск 6. При этом отверстия диска, которые заполнены смазкой, поочередно совмещаются с отверстиями в неподвижных дисках 3 и 4, и смазочный материал из них выдувается сжатым воздухом, поступающим через клапан К2, и уносится по шлангу 11 к соплам 12. Продолжительность впрыскивания и, следовательно, доза наносимого смазочного материала регулируется реле времени.

Выводы по технологической части работы

1. Разработан новый технологический процесс изготовления детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868, применяемой в компрессионной и форсажной камере современных газотурбинных двигателей. Новый технологический процесс отличается от базового варианта тем, что для проведения операции горячей объемной штамповки используется винтовой фрикционный пресс вместо молота.

Применение нового вида оборудования имеет ряд существенных преимуществ перед использованием традиционно применяемого оборудования:

при штамповке на фрикционном прессе возможно назначение меньших допусков, припусков, напусков, чем при штамповки на молотах. Соответственно из этого следует значительное уменьшение отходов металла.

работа фрикционного пресса производит меньше шума, чем работа молота;

фрикционный пресс на современном этапе является более дешевым оборудованием, чем молот.

3. При внедрении и реализации нового технологического процесса штамповки детали типа "фланец" их хромоникелевого жаропрочного сплава уменьшается количество технологических операций, уменьшается суммарная трудоемкость процесса.

4. В рамках разработки нового технологического процесса проведены основные технологические расчеты: определена форма и рассчитаны размеры штампованного полуфабриката, рассчитан объем заготовки, определены тип и параметры облойной канавки, определены потребные усилия горячей объемной штамповки и обрезки облоя, определена температура процесса штамповки.

5. На основе технических рекомендаций, изложенных в [1,7] cконструированы штамп для горячей отъемной штамповки детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 на винтовом фрикционном прессе и обрезной штамп для отделения облоя от изделия.

6. В области автоматизации технологического процесса изготовления детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 рекомендуется использовать автоматизированную систему подачи смазочной жидкости в штамп в процессе выполнения операции горячей объемной штамповки.

7. Организационно-экономический раздел

7.1 Технико-экономическое обоснование темы дипломной работы

Данная дипломная работа направлена на разработку нового технологического процесса изготовления детали типа "фланец" в условиях серийного производства. Деталь типа "фланец" входит в состав камер сгорания и форсажных камер современных газотурбинных двигателей. Деталь изготавливается из жаропрочного хромоникелевого сплава ЭИ868 с химическим составом по ТУ 14-1-1747-76 и к ней предъявляются повышенные требования по высокой жаропрочности и жаростойкости, точности изготовления и надежности в работе. Существующий старый (базовый) технологический процесс изготовления детали типа "фланец" заключается в том, что основной формоизменяющей операцией является горячая объемная штамповка на молотах. Однако этот метод имеет ряд существенных недостатков:

1. Процесс характеризуется высокими объемами отходов материала в виде облоя, что обуславливается требованиями технологической операции штамповки на молотах.

2. Присутствуют завышенные затраты в связи с тем, что при реализации базового технологического процесса невозможно проводить обрезку облоя на остаточном тепле после операции штамповки в виду того, что участок молотовой штамповки расположен на значительном удалении от участка штамповки на прессах. Поэтому требуется дополнительная операция нагрева.

Наиболее существенное отличие нового (разрабатываемого) процесса изготовления детали типа "фланец" от базового (существующего) процесса заключается в том, что предлагается вести процесс изготовления детали горячей объемной штамповкой на фрикционных прессах и осуществление процесса обрезки облоя на остаточной температуре нагрева после штамповки.

В результате внедрения новой схемы технологического процесса изготовления деталь типа "фланец" из сплава ЭИ868 ожидается получение экономического эффекта в связи с снижением себестоимости изготовления продукции за счет:

Уменьшения расходов на основные материалы вследствие снижения массы исходной заготовки (в новом технологическом процессе существенно уменьшаются припуски на последующую механическую обработку);

Уменьшения затрат на заработную плату основных производственных рабочих вследствие уменьшения суммарной трудоемкости технологических операций;

Уменьшением затрат на электроэнергию для производственных целей вследствие уменьшения штучно-калькуляционной нормы операций штамповки и нагрева;

Уменьшением затрат на содержание и эксплуатацию оборудования вследствие уменьшения штучно-калькуляционной нормы технологических операций;

Уменьшением затрат на электроэнергию для технологических целей в связи с исключением второй операции нагрева и т.д.

Однако окончательный вывод об экономической эффективности разрабатываемого процесса можно сделать только после определения себестоимости изготовления единицы продукции по базовому (старому) и проектируемому (новому) варианту технологического процесса.

7.2 Расчет полной себестоимости изготовления 100 штук продукции по базовому и новому варианту технологического процесса

Полная себестоимость единицы продукции может быть определена по формуле:

Сполн.= Сцех. + Сзав. + Сбрак + Свнепр (11)

где Сцех. - цеховая себестоимость изготовления единицы продукции (детали типа "фланец"), руб.;

Сзав.- общезаводские расходы, приходящиеся на единицу продукции (деталь типа "фланец"), руб.;

Сбрак - расходы на брак, руб;

Свнепр.- внепроизводственные расходы, приходящиеся на единицу продукции, руб.

Цеховая себестоимость изготовления единицы продукции может быть определена по формуле:

Сцех. = Смо + Смв+ Зод + Оесн + Етехн. .+ Сспец. осн. + Собор+ Сцех (12)

где Смо - расходы на основные материалы для изготовления единицы продукции, руб.;

Смв - расходы на вспомогательные основные материалы для изготовления единицы продукции, руб.;

Зод - затраты на основную и дополнительную заработную плату основных производственных рабочих, руб.;

Оесн - единый социальный налог, руб.;

Етехн. - расходы на электроэнергию и топливо для технологических целей (т.е. электроэнергию и топливо, необходимые для нагрева и расплава металла), руб.;

Сспец. осн. - затраты на возмещение износа специальной оснастки, руб.;

Собор.- расходы на содержание и эксплуатацию технологического оборудования, руб.;

Сцех.- общецеховые расходы, приходящиеся на единицу продукции, руб.

Определим составляющие цеховой себестоимости. При расчетах назначаем индекс 1 для показателей базового (старого) варианта техпроцесса, а индекс 2 - показателям нового (проектируемого) варианта техпроцесса. Для того, чтобы избежать "маленьких цифр" и погрешностей при округлении чисел с точностью до 0,01 руб. расчет будем вести на 100 единиц продукции.

7.2.1 Расчет расходов на основные материалы для изготовления 100 единиц (100 штук) продукции

Определение расходов на основные материалы для изготовления 100 деталей типа "фланец" проведем по формуле:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8