Технологические рекомендации и требования при конструировании прессованных профилей и деталей из алюминия

01.06.2020

Краткие сведения по технологии прессования алюминиевых профилей. Технология изготовления прессованных профилей состоит из следующих операций: нагрева слитка, процесса прессования профиля заданного сечения на горизонтальном гидравлическом прессе, закалки его, правки поперечной и продольной геометрии сечения, термической обработки (старения или отжига), резки по длине, вырезки пробы для определения механических свойств металла, контроля геометрии и состояния поверхности. Исходным материалом для прессования служат слитки деформированных алюминиевых сплавов, полученные методом полунепрерывного литья. Объем и размеры заготовки-слитка задаются технологическим расчетом и зависят от конфигурации сечения профиля и его размеров (площади сечения и длины).

Для изготовления сплошных прессованных профилей 5 (рис. 34, а) в настоящее время применяются гидравлические горизонтальные прессы усилием 5000—130 000 кН и более. Процесс прессования заключается в сжатии нагретого слитка 1 с помощью пресс-штемпеля 2 в контейнере 3 и в последующем истечении металла в профилированное очко матрицы 4, находящейся с другой стороны контейнера. В процессе прессования происходит всестороннее сжатие слитка и вытяжка его в направлении истечения металла, которые приводят к измельчению структуры и ориентировке кристаллов вдоль прессования. Одновременно за счет процессов диффузии упрочняющих фаз в алюминии достигается более равномерное распределение их по объему. Все это дает повышение прочностных и пластических свойств металла в прессованном профиле. Полые профили могут прессоваться по двум технологическим схемам: путем прессования в комбинированную (язычковую) матрицу (рис. 34, г) или трубным методом (рис. 34, в).

В процессе прессования истекающий металл встречает сопротивление: внешнее при трении о стенки контейнера и о рабочий поясок матрицы и внутреннее при перемещении частиц металла внутри слитка. По объему слитка внутреннее сопротивление неодинаково и не постоянно по величине. Разное сопротивление испытывает слиток по контуру рабочего пояска матрицы. В результате слиток подвержен неравномерному напряженному состоянию, следствием которого является разная скорость истечения металла по отдельным участкам сечения профиля. Поэтому при отладке процесса прессования необходима регулировка скоростей истекающего металла по профилю.

В профилях с резко выраженным неравномерным распределением металла по сечению увеличивается неравномерность истечения, что приводит к большому разбросу геометрических размеров. Матрица, в свою очередь, также испытывает значительные напряжения в направлении оси прессования и в плоскости рабочего торца, что служит еще одной причиной разброса геометрических размеров профиля.

Таким образом, на производительность и качество прессования влияют, главным образом, форма сечения профиля и скорость истечения металла, которые определяются назначением профиля, его конфигурацией, маркой сплава и температурными параметрами всего процесса.

В зависимости от марки упрочненного алюминия профиль подвергается или не подвергается термической обработке. Она сопровождается искажением геометрии профиля, особенно продольной. Тонкие широкие профили при этом могут потерять устойчивость с образованием гофра. Некоторые сплавы упрочняются закалкой на прессе воздушной струей с последующим старением в печах старения. При этом процессе искажения профиля не наблюдается.

Все профили после прессования проходят правку на специальных растяжных машинах. Профиль захватывается за концы и подвергается одноосному растяжению до остаточных деформаций не более 3%. Таким способом осуществляется продольная правка. Одновременно повышается предел текучести за счет упрочнения нагартовкой. При правке растяжением по длине происходит утонение стенок, полок и уменьшение габарита профиля. Искажения геометрических размеров поперечного сечения (поперечная кривизна, искажения углов) исправляются вручную на роликовой машине.

Исходя из принципа процесса прессования, основанного на том, что профиль в основном повторяет конфигурацию инструмента (матрицы и иглы), практически может быть изготовлен профиль любой конфигурации, удовлетворяющий следующим основным требованиям: 1) металл профиля должен истекать примерно с одинаковой скоростью во всех зонах сечения; 2) соотношения размеров профиля должны исключать появление значительного гофра при прессовании и закалке.

Предельные размеры прессованных профилей (габаритные размеры, площадь поперечного сечения) зависят от усилий пресса, формы и размеров контейнера, конфигурации самих профилей. Реально получить сплошные и полые профили можно на прессах с мощностью, указанной в табл. 16, в зависимости от выбранного сплава и размера габаритного круга D, в который должно вписываться сечение проектируемого профиля (рис. 34, б).
Технологические рекомендации и требования при конструировании прессованных профилей и деталей из алюминия

Ребристые панели изготовляются в прессах с плоскими контейнерами, панели осесимметричные выполняются по трубному методу с разрезкой, разверткой в плоскость и правкой. В табл. 17 даны усилия прессов и максимальные размеры панелей, изготавливаемых по трубному методу и в прессах с плоскими контейнерами.

Оценкой способности упрочненного алюминия к прессованию является степень деформации (%)

Для получения из слитка качественного изделия необходимо продеформировать металл со степенью деформации не менее 90 %. Для получения очень сложных сечений иногда изготовляют искаженный профиль с последующим деформированием до заданной формы.

Материал для изготовления прессованных профилей. В соответствии с ГОСТ 8617—81 прессованные профили могут быть изготовлены из следующих марок алюминия и его сплавов: АД1, АД, АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, AB, Д1, Д16, 1915, 1925.

В соответствии с классификацией этого ГОСТа профили подразделяются:

- по типу — на сплошные поперечного сечения до 200 см2 и диаметром описанной окружности до 350 мм; полые площадью поперечного сечения до 60 см2 и диаметром описанной окружности до 250 мм;

- по состоянию материала — на отожженные — М, закаленные и естественно состаренные — Т, закаленные и искусственно состаренные — Tl, неполностью закаленные и искусственно состаренные — Т5, без термической обработки (горячепрессованные) — без дополнительных знаков обозначаются маркой материала;

- по виду прочности — нормальной прочности — маркой материала без дополнительного знака, повышенной прочности — ПП.

Технологические рекомендации по конструированию профилей. Для того чтобы проектируемое сечение было реальным и его можно было изготовить, необходимо учитывать особенности и тонкости процесса прессования. При проектировании следует тщательно проработать геометрию сечения по части технологических требований, выявив оптимальную конфигурацию с учетом действующих на элемент конструкции воздействий. Основным правилом конструирования является получение профиля наименьшей массы. Поэтому более сложное в проектировании, но тщательно проработанное сечение часто оказывается самым дешевым в изготовлении. Необходимо учитывать, что при всей сложности процесса прессования примерно 60 % стоимости профиля составляет стоимость металла.

Если сечение конструкции получается очень большое (не вписывается в габаритный круг или плоскую матрицу), то его следует проектировать составным. Составной профиль может быть образован целиком из прессованных профилей или комбинированным с листом. В зависимости от способа соединения в местах стыков деталей следует дать соответствующую обработку кромок. При этом необходимо помнить о том, что прессованные профили исключают дальнейшую механическую обработку по длине профиля. Разбивку сечения следует делать так, чтобы сварные швы получались встык. В зависимости от толщины стенки профиля в местах сварных швов следует задать конфигурацию кромок согласно рекомендациям рис. 35.

Профили с очень тонкими стенками при прессовании больше подвергаются искривлению и могут погнуться при перевозке. В табл. 18 указаны минимально возможные толщины, которые следует принимать при проработке сечения сплошных, открытых и полуоткрытых профилей.

В процессе отработки конфигурации профиля необходимо стремиться к сечению, в котором отсутствовала бы неравномерность распределения металла, а стенки, полки, ребра имели небольшую разницу в толщине. Особенно это относится к полым профилям из термообрабатываемых сплавов. Следует избегать сильной асимметрии сечения.

Во избежание порчи инструмента все входящие и наружные углы и кромки необходимо закруглять. В табл. 19 даются рекомендуемая величина закруглений элементов в зависимости от их толщины, рекомендуемые радиусы острых наружных и входящих углов профилей и радиусы сопряжений между элементами профиля (рис. 36,а). В местах примыкания ребер, полок, стенок друг к другу радиусы r1 и r2 берутся в зависимости от наибольшей толщины t.

Изготовление открытых, полуоткрытых и полых профилей имеет свои особенности. He следует проектировать профили с очень вытянутыми полостями. Для открытых профилей необходимо соблюдать максимальные соотношения сторон (рис. 36, б), которые даны в табл. 20. Для полуоткрытых профилей размеры сторон полостей назначаются в зависимости от соотношений величин F :В (рис. 36, в). Максимальные отношения Н:В (при Н>В) в полых профилях (рис. 36, г) следующие:

При проектировании ребристых панелей следует избегать длинных и тонких ребер. Декоративные облицовочные панели с большой площадью поверхности рекомендуется делать с рельефом, который значительно улучшает архитектурные качества панелей и уменьшает возможность порчи их снаружи. Против ребер, стенок панелей с противоположной стороны также рекомендуется делать риски или небольшие выступы.

Для того чтобы обеспечить нормальное соединение парных профилей на замках и на защелках, необходимо увязать форму, размеры и допуски на изготовление касающихся деталей обоих профилей. Например, внутренний размер а, куда входит парный профиль (рис. 36, д), должен иметь нулевой минусовый допуск, а размер b входящего профиля — нулевой плюсовый допуск.

При конструировании соединения в виде «ласточкина хвоста» ребро а (рис. 36, е) заведомо принимается меньше размера b. При конструировании паза задаются размер b, его глубина с и угол а (чаще всего 60°). Размер основания паза вычисляется при изготовлении матрицы. Все размеры деталей замка или защелки обоих профилей рекомендуется взять в рамку, оговорив для них специальные допуски на искривление по длине, обеспечивающие хорошее соединение. Примеры запроектированных прессованных профилей даны на рис. 37.

При выполнении чертежа прессованного профиля необходимо выдерживать определенные, специфичные для алюминиевых полуфабрикатов требования. Все размеры должны быть привязаны к конкретным точкам таким образом, чтобы они могли быть проконтролированы шаблоном, с помощью лекал, измерительными инструментами на изготовленном профиле или на инструменте (матрице) пресса.

Привязка размерных линий к теоретическим точкам, расположенным в воздухе или внутри сечения профиля, может быть использована только для построения фигуры профиля, но не для контроля правильности его изготовления. Каждый размер должен иметь плюсовый и минусовый допуски с возможным отклонением при изготовлении. Если профиль симметричный, то необходимо указать все оси симметрии. Примеры того, как ставить размеры профилей, даны на рис. 37.

В заказе на изготовление профиля должны быть указаны следующие данные: марка сплава в соответствии с ГОСТ или СТУ и состояние поставки, группа сложности (сплошной, открытый, полуоткрытый, полый) и по назначению, качество поверхности, ее видимая декоративная сторона, требования по отделке поверхности, площадь сечения профиля и масса 1 м изготовленного профиля. При вычислении теоретической массы 1 м профиля площадь поперечного сечения принимается по номиналу, а плотность равна 2850 кг/м3. Для вычисления приближенной теоретической массы профиля в зависимости от марки сплава следует пользоваться переводным коэффициентом, который составляет: для алюминия всех марок 0,95; для сплавов АМц —0,958, АМг2 — 0,94, АМг3 — 0,937, АМг5 — 0,93, АМг6 — 0,926, AB — 0,947, Д1 — 0,982, Д16 — 0,976, АД31 — 0,95, АД33 — 0,95.

При разработке двух или более сечений с одинаковой конфигурацией, но с разными толщинами или длинами полок, стенок, ребер необходимо учитывать, что каждое сечение из них является самостоятельным профилем. Поэтому оформление заказа ведется для каждого сечения. В соответствии с ГОСТ 8617—81 строительные прессованные профили поставляются длиной до 10 м. Если требуются профили большей длины, то необходимо это указать в согласованном чертеже и заказе.

Стоимость профиля определяется по «Прейскуранту 02—10. Оптовые цены на прокат легких цветных металлов», введенному в действие с 1 января 1982 г. Заказ оформляется не менее чем на 500 кг для каждого профиля. При этом необходимо приложить обоснование на изготовление нового профиля, в котором следует указать: 1) какие преимущества имеет вновь проектируемый профиль перед стандартными профилями и нестандартными, ранее изготовляемыми для этой же цели (экономичнее, проще в изготовлении, более конструктивен, уменьшается механическая обработка и т. п.); 2) какова экономия по массе металла на заказываемую партию нового профиля по сравнению со старым; 3) какая предполагается экономия по массе металла в течение года по сравнению с применением старых профилей.

Прессованные профили перед отправкой заказчику должны быть соответствующим образом промаркированы, законсервированы и упакованы. На каждый профиль ставится клеймо с указанием марки сплава, состояния поставки, номера партии и клейма OTK. Иногда клеймо ставится на бирке, прикрепленной к пачке профилей. К партии изделий прикладывается сертификат, в котором указываются номер партии, марка сплава и состояние поставки, обозначение профиля и номер технических условий.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна