Анализ процесса штамповки цилиндрических поковок из алюминиевого сплава 2A14

Анализ процесса штамповки цилиндрических поковок из алюминиевого сплава 2A14

В судебном процессе процесс производства цилиндровых поковок из алюминиевого сплава 2А14Была принята технологическая схема раскрытия заготовок, состоящая из вытяжки поперечной расстроповки, расширения конной рамы и удлинения стержневого вала. Производство кольцевой прокатки осуществлялось на вертикальном кольцепрокатном станке, были получены поковки, отвечающие требованиям по механическим характеристикам.

2А14 - деформируемый алюминиевый сплав, поддающийся термообработке и упрочнению, относящийся к системе Al Cu Mg Si. Он обладает высокими прочностными и термопластичными свойствами и подходит для изготовления высоконагруженных деталей с толстыми сечениями. Он широко используется в таких областях, как аэрокосмическая промышленность и гражданский транспорт. При изготовлении крупногабаритных цилиндрических поковок из-за явления неоднородности микроструктуры, крупнозернистости и сегрегации компонентов в прутки большого диаметраДля формообразования используются традиционные методы ковки, что создает трудности при штамповке сквозных и обеспечение качества поковок. Прикладывая к слитку большую пластическую деформацию в процессе ковки, можно улучшить микроструктуру и измельчить зерна, тем самым повысив комплексные механические свойства материала и получив материал прокатного кольца с отличной микроструктурой. Затем процесс раскатки кольца может быть использован для производства поковок, отвечающих требованиям к механическим характеристикам. На основе собственной технологии кольцевой прокатки глубокой цилиндрической поковки в сочетании с присущими материалам из алюминиевых сплавов технологическими характеристиками наша компания обобщила набор процессов раскрытия заготовок, пригодных для формовки цилиндров из алюминиевых сплавов. Для производства мы использовали крупнейший в Китае вертикальный кольцепрокатный станок и успешно изготовили Алюминиевый сплав 2A14 цилиндровые поковки с размером Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. Состояние 2A14 Поковки цилиндров из алюминиевых сплавов

В качестве сырья для поковки использовался слиток 2А14, предоставленный компанией Southwest Aluminum Industry Co. Химический состав сырья приведен в табл. 1. Состояние поставки - Т6 (твердый раствор+искусственное старение). Требования к механическим характеристикам приведены в табл. 2. Размеры черновой механической обработки поковки приведены на рис. 1. Масса поковки относительно велика (масса резки 1250 кг).

2. Анализ процесса штамповки цилиндрических поковок из алюминиевого сплава 2А14

Традиционным методом изготовления цилиндрических поковок является свободная ковка. Для крупногабаритных прутков трудно добиться тонкой и однородной структуры, поэтому необходимо использовать достаточную пластическую деформацию при раскрытии заготовок, чтобы преобразовать литую структуру в однородную и тонкую структуру, пригодную для последующей кузнечной обработки, и тем самым улучшить комплексные механические свойства материала. Поэтому вопрос о том, как максимизировать объем деформации и уточнить микроструктуру, является ключевым для процесса раскрытия крупногабаритных цилиндрических поковок из алюминиевых сплавов. Исследования показали, что метод большой пластической деформации (БПД) позволяет существенно уточнить размер зерна и значительно повысить прочность и вязкость материала. Однако в настоящее время этот метод находится на стадии экспериментальных исследований. Для формообразования деталей цилиндров из алюминиевых сплавов Чжан Вэньвэнь и др. исследовали процесс раскрытия заготовок из крупногабаритного алюминиевого сплава 2219 методом разнонаправленной ковки. Отливки подвергались расстроповке и деформации удлинения в трех направлениях, а формообразование крупногабаритных кольцевых заготовок осуществлялось путем расширения конной рамы. В промышленном производстве использование поперечной правки и вытяжки с достаточной деформацией позволяет устранить направленность структуры и свойств алюминиевых сплавов, повысить однородность структуры и свойств, улучшить общие эксплуатационные характеристики изделия. Процесс прост, а стоимость невысока.

Таблица.1 Химический состав сырья (массовая доля,%)

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

Таблица.2 Требования к механическим свойствам цилиндровых поковок из алюминиевого сплава 2А14

	Rm/МПа	A( %)	HBW
Портрет	≥410	≥8	≥120
Transverse	≥355	≥4
Радиальный	≥335	≥3

Рис. 1 Габаритный чертеж поковки
В процессе опытного производства цилиндровых поковок 2А14 для увеличения коэффициента штамповки и деформации в трех направлениях - вертикальном и горизонтальном по высоте - использовалась комбинация вытяжки поперечной расплавки, расширения конной рамы и удлинения оправки, что позволило улучшить комплексные характеристики изделия. Технологический процесс изготовления цилиндровых поковок 2А14 выглядит следующим образом: резка → шлифование → изготовление заготовок → обработка внутреннего отверстия → расширение отверстия конной рамы → удлинение оправки → кольцевая прокатка → термическая обработка → эксплуатационные испытания → механическая обработка. Начальная температура ковки заготовки составляет 470 ℃, а конечная температура ковки контролируется выше 370 ℃. Заготовка была изготовлена методом поперечной вытяжки на гидравлическом прессе 36МН, общая деформация составила 265%. Принципиальная схема получения заготовки приведена на рис. 2. Поперечная расстроповка повышает степень деформации слитка, обеспечивая равномерность его деформации. В процессе ковки поверхность контакта заготовки с головкой молота и нижней наковальней часто меняется, что не приводит к чрезмерному локальному снижению температуры, а значит, снижает риск появления трещин на торце.
После поперечной расстроповки и вытяжки кольцевой заготовки она охлаждается и обрабатывается с внутренним отверстием. Затем кольцевая заготовка помещается в нагревательную печь для нагрева, и из нее изготавливается материал для раскатки кольца путем расширения отверстия на конной раме (с общей деформацией 10%) и удлинения стержневого вала (с общей деформацией 20%). Затем материал вторично нагревается и прокатывается на вертикальном кольцепрокатном станке диаметром 2300 мм. Радиальная скорость подачи на кольцепрокатном станке составляет (0,6-0,7) мм/с, а деформация - 49%. Термическая обработка проводится по стандарту T6 (твердый раствор+искусственное старение), конкретный метод: изоляция при 500 ℃ в течение 4 часов, водяное охлаждение; изоляция при 160 ℃ в течение 7 часов, воздушное охлаждение. На одном конце цилиндра отпиливается образец диаметром 120 мм для проведения физико-химических испытаний, после чего он обрабатывается до требуемого размера.

3. Анализ результатов опытного производства цилиндровых поковок 2А14

Внешние размеры пробных цилиндровых поковок, изготовленных по приведенной выше технологической схеме, соответствуют требованиям к обработке, а результаты контроля - требованиям Методики ультразвукового контроля изделий из деформируемых алюминиевых и магниевых сплавов (GB/T6519-2013). Вырежьте из кольцевой заготовки материал для испытаний и возьмите образцы в трех направлениях: осевом, радиальном и тангенциальном. Места отбора образцов показаны на рис. 3. Результаты испытаний механических характеристик приведены в табл. 3-5, механические свойства соответствуют требованиям. Измеренное значение твердости составляет 130HBW.

4. Заключение

(1) Технологическая схема поперечной вытяжки, расширения конной рамы и удлинения оправки при цилиндрической ковке алюминиевого сплава 2А14 обладает достаточной деформацией, что способствует уточнению структуры, улучшению механических свойств материала в различных направлениях и получению хороших заготовок раскатных колец.

Рис.2 Принципиальная схема кузнечной заготовки

Рис.3 Схема расположения места отбора проб

Таблица.3 Результаты испытаний тангенциальных механических свойств поковок

	Место и направление отбора проб	Rm/МПа	Rp0.2/МПа	A(%)
Стандартное значение	Портрет	≥410	-	8-14
Тестовое значение	Продольная 0 °	435	330	13. 5
	Продольная 90 °	430	330	8. 5
	Вертикаль 180 °	420	295	11
	Вертикаль 270 °	420	300	10

Таблица.4 Результаты испытаний осевых механических свойств поковок

	Место и направление отбора проб	Rm/МПа	A(%)
Стандартное значение	Горизонтальный по ширине (осевой)	≥355	4-14
Тестовое значение	Осевой 0 °	425	11
	Осевой 90 °	430	12
	Осевой 180 °	415	11.5
	Осевая 270 °	415	10

Таблица.5 Результаты контроля радиальных механических свойств поковок

	Место и направление отбора проб	Rm/МПа	A(%)
Стандартное значение	Горизонтальные по толщине (радиальные)	≥335	3-14
Тестовое значение	Радиальный 0 °	385	4
	Радиальный 90 °	390	4
	Радиальный 180 °	365	4.5
	Радиальная 270 °	375	4.5

(2) Кольцевая заготовка после раскрытия производится на вертикальной кольцепрокатной машине с самым высоким в Китае давлением. Механические свойства поковки соответствуют проектным требованиям. Использование технологии кольцевой прокатки позволяет решить проблему механических свойств, не удовлетворяющих требованиям, предъявляемым традиционной свободной кованое кольцо и может удовлетворять требованиям, предъявляемым к аэрокосмическим компонентам по характеристикам кольцевой структуры, однородности и стабильности партии.

Автор: Лю Чжи