2A14 aliuminio lydinio cilindrų kaltinių formavimo proceso analizė

2A14 aliuminio lydinio cilindrų kaltinių formavimo proceso analizė

Tyrimo metu 2A14 aliuminio lydinio cilindrų kaltinių gamybos procesas, buvo priimta ruošinio atidarymo proceso schema, kurią sudaro kryžminis tempimas, arklio rėmo išplėtimas ir šerdies veleno pailginimas. Žiedų valcavimo gamyba buvo vykdoma vertikaliomis žiedų valcavimo staklėmis ir buvo pagaminti mechaninių savybių reikalavimus atitinkantys kaltiniai.

2A14 yra deformuojamas aliuminio lydinys, kurį galima termiškai apdoroti ir sustiprinti, priklausantis Al Cu Mg Si sistemai. Jis pasižymi dideliu stiprumu ir termoplastinėmis savybėmis, todėl tinka gaminti didelės apkrovos detales su storais pjūviais. Jis plačiai naudojamas tokiose srityse kaip aviacijos ir civilinis transportas. Gaminant didelių matmenų cilindrinius kalvius, dėl netolygios mikrostruktūros, stambių grūdelių ir komponentų segregacijos reiškinio didelio skersmens strypai, formavimui naudojami įprastiniai kalimo metodai, dėl kurių kyla sunkumų kalant per ir kaltinių gaminių kokybės užtikrinimas. Didelės plastinės deformacijos būdu kalant luitą galima pagerinti mikrostruktūrą ir patobulinti grūdelius, taip pagerinant visapusiškas mechanines medžiagos savybes ir gaunant puikios mikrostruktūros valcavimo žiedo medžiagą. Tuomet valcavimo žiedo procesą galima naudoti mechaninių charakteristikų reikalavimus atitinkantiems kaltiniams gaminti. Remdamasi savo gilaus cilindrinio kalimo žiedo valcavimo technologija ir atsižvelgdama į aliuminio lydinių medžiagoms būdingas proceso charakteristikas, mūsų bendrovė apibendrino ruošinių atidarymo procesų, tinkamų aliuminio lydinių cilindrų formavimui, rinkinį. Gamyboje naudojome didžiausią Kinijoje vertikalaus žiedų valcavimo mašiną ir sėkmingai gaminome 2A14 aliuminio lydinys cilindrų kaltiniai kurio dydis yra Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. 2A14 būklė aliuminio lydinio cilindrų kaltiniai

Žaliava kalimui yra 2A14 luitas, kurį tiekia Southwest Aluminum Industry Co., Ltd. Žaliavos cheminė sudėtis pateikta 1 lentelėje. Pristatymo statusas yra T6 (kietasis tirpalas + dirbtinis senėjimas). Mechaninių charakteristikų reikalavimai pateikti 2 lentelėje. Neapdoroto apdirbto metalo matmenys kaltiniai parodyta 1 paveikslėlyje. Kalimo svoris yra gana didelis (pjovimo svoris 1250 kg).

2. 2A14 aliuminio lydinio cilindrų kaltinių formavimo proceso analizė

Tradicinis cilindrų kaltinių kaltinių gamybos būdas - laisvasis kalimas. Didelių matmenų strypams sunku pasiekti smulkią ir vienodą struktūrą, todėl būtina naudoti pakankamą plastinę deformaciją ruošinio atidarymo metu, kad liejinio struktūra taptų vienoda ir smulki, tinkama tolesniam kalimo apdorojimui, taip pagerinant visapusiškas mechanines medžiagos savybes. Todėl tai, kaip maksimaliai padidinti deformacijos kiekį ir patobulinti mikrostruktūrą, yra svarbiausias procesas atveriant didelių matmenų aliuminio lydinių cilindrų kaltinius. Tyrimai parodė, kad taikant didelės plastinės deformacijos metodą (SPD) galima gerokai patobulinti grūdelių dydį ir gerokai padidinti medžiagos stiprumą bei tvirtumą. Tačiau šis metodas šiuo metu yra eksperimentinių tyrimų stadijoje. Aliuminio lydinio cilindrų detalių formavimui Zhang Wenwen ir kt. tyrė didelio dydžio 2219 aliuminio lydinio ruošinio atplėšimo procesą, taikant daugiakryptį kalimą. Liejiniai buvo veikiami išstūmimo ir pailgėjimo deformacijomis trimis kryptimis, o didelių matmenų žiedų ruošinių formavimas buvo pasiektas naudojant arklio rėmo plėtimą. Pramoninėje gamyboje naudojant kryžminį įtempimą ir tempimą su pakankama deformacija galima pašalinti aliuminio lydinio struktūros ir savybių kryptingumą, pagerinti struktūros ir savybių vienodumą ir pagerinti bendrą gaminio našumą. Procesas paprastas, o sąnaudos nedidelės.

1 lentelė Žaliavų cheminė sudėtis (masės frakcija, %)

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ni	Zn	Ti	Al
1	0.3	4.22	0.79	0.57	0.02	0.08	0.03	Leistiance

2 lentelė 2A14 aliuminio lydinio cilindrų kaltinių mechaninių savybių reikalavimai

	Rm/MPa	A( %)	HBW
Portretas	≥410	≥8	≥120
Transverse	≥355	≥4
Radialinis	≥335	≥3

1 pav.1 Kaltinių matmenų brėžinys
Bandomajame 2A14 cilindrų kaltinių gamybos procese, siekiant padidinti kalimo santykį ir deformaciją trimis vertikalaus ir horizontalaus aukščio kryptimis, buvo naudojamas kryžminio ištempimo tempimo, arklio rėmo išplėtimo ir koto pailginimo derinys, taip pagerinant visapusiškas gaminio charakteristikas. Konkretus 2A14 cilindrų kaltinių detalių gamybos proceso srautas yra toks: pjaustymas → šlifavimas → ruošinių gamyba → vidinės skylės apdirbimas → karkaso išplėtimo skylė → koto pailginimas → žiedinis valcavimas → terminis apdorojimas → eksploatacinių savybių bandymas → mechaninis apdorojimas. Pradinė ruošinio kalimo temperatūra yra 470 ℃, o galutinė kalimo temperatūra kontroliuojama virš 370 ℃. Ruošinys buvo pagamintas naudojant kryžminio tempimo metodą 36MN hidrauliniu presu, bendra deformacija 265%. Ruošinio gamybos schema parodyta 2 paveiksle. Kryžminė kryžminio išstūmimo deformacija padidina luito deformacijos laipsnį ir užtikrina luito deformacijos tolygumą. Kalimo proceso metu dažnai keičiasi ruošinio ir plaktuko galvutės bei apatinės priekalo dalies sąlyčio paviršius, dėl to pernelyg nesumažėja vietinė temperatūra, todėl sumažėja įtrūkimų ant galinio paviršiaus atsiradimo rizika.
Po kryžminio išstūmimo ir žiedo ruošinio ištraukimo jis atšaldomas ir apdirbamas su vidine skyle. Tada žiedo ruošinys dedamas į kaitinimo krosnį, kad būtų įkaitintas, ir žiedo medžiaga, skirta žiedui valcuoti, pagaminama išplečiant skylę arklio rėme (bendra deformacija 10%) ir pailginant šerdies veleną (bendra deformacija 20%). Tada medžiaga antrą kartą pašildoma ir valcuojama 2300 mm vertikalioje žiedų valcavimo mašinoje. Žiedinio valcavimo mašinos radialinė pastūma yra (0,6-0,7) mm/s, o deformacija - 49%. Termiškai apdorojama T6 (kietasis tirpalas + dirbtinis senėjimas), o konkretus metodas yra toks: izoliacija 500 ℃ temperatūroje 4 valandas, aušinimas vandeniu; 160 ℃ izoliacija 7 valandas, aušinimas oru. Iš vieno cilindro galo išpjaukite 120 mm bandinį fizikiniams ir cheminiams bandymams atlikti, tada jį apdirbkite iki reikiamo dydžio.

3. 2A14 cilindrų kaltinių bandomosios gamybos rezultatų analizė

Pagal pirmiau pateiktą proceso planą pagamintų cilindrų kaltinių bandymų išoriniai matmenys atitinka perdirbimo reikalavimus, o tikrinimo rezultatai atitinka Kaltinių aliuminio ir magnio lydinių gaminių ultragarsinio bandymo metodų (GB/T6519-2013) reikalavimus. Nupjaukite bandomąją medžiagą nuo žiedo ruošinio ir paimkite bandinius trimis kryptimis: ašine, radialine ir tangentine. Mėginių ėmimo vietos parodytos 3 paveiksle. Mechaninių savybių bandymo rezultatai pateikti 3-5 lentelėse, mechaninės savybės atitinka reikalavimus. Išmatuota kietumo vertė yra 130HBW.

4. Išvada

(1) 2A14 aliuminio lydinio cilindrinio kalimo kryžminio įtempimo, arklio rėmo išplėtimo ir strypo pailginimo proceso schema turi pakankamą deformaciją, kuri padeda patobulinti struktūrą, pagerinti medžiagos mechanines savybes įvairiomis kryptimis ir gauti gerus valcavimo žiedų ruošinius.

2 pav.2 Kalimo ruošinio principinė schema

Pav.3 Mėginių ėmimo vietos schema

Lentelė.3 Kaltinių mechaninių savybių bandymų rezultatai

	Mėginių ėmimo vieta ir kryptis	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Standartinė vertė	Portretas	≥410	-	8-14
Bandymo vertė	Išilginis 0 °	435	330	13. 5
	Išilginis 90 °	430	330	8. 5
	Vertikaliai 180 °	420	295	11
	Vertikaliai 270 °	420	300	10

Lentelė.4 Kaltinių mechaninių ašinių savybių bandymų rezultatai

	Mėginių ėmimo vieta ir kryptis	Rm/MPa	A(%)
Standartinė vertė	Horizontaliai pagal plotį (pagal ašį)	≥355	4-14
Bandymo vertė	Ašinis 0 °	425	11
	Ašinis 90 °	430	12
	Ašinis 180 °	415	11.5
	Ašinis 270 °	415	10

5 lentelė Radialinių mechaninių kaltinių savybių tikrinimo rezultatai

	Mėginių ėmimo vieta ir kryptis	Rm/MPa	A(%)
Standartinė vertė	Horizontaliai pagal storį (radialiai)	≥335	3-14
Bandymo vertė	Radialinis 0 °	385	4
	Radialinis 90 °	390	4
	Radialinis 180 °	365	4.5
	Radialinis 270 °	375	4.5

(2) Žiedo ruošinys po atidarymo gaminamas vertikaliomis žiedo valcavimo mašinomis, kurių slėgis yra didžiausias Kinijoje. Mechaninės kaltinio ruošinio savybės atitinka projektinius reikalavimus. Naudojant žiedinio valcavimo technologiją galima išspręsti mechaninių savybių, kurios negali atitikti reikalavimų, keliamų tradiciniu laisvuoju kalimo žiedas dalių ir gali atitikti aviacijos ir kosmoso komponentų žiedinės struktūros, vienodumo ir partijos stabilumo reikalavimus.

Autorius: Liu Zhi