RU2663916C2 - Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method - Google Patents
Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663916C2 RU2663916C2 RU2016112564A RU2016112564A RU2663916C2 RU 2663916 C2 RU2663916 C2 RU 2663916C2 RU 2016112564 A RU2016112564 A RU 2016112564A RU 2016112564 A RU2016112564 A RU 2016112564A RU 2663916 C2 RU2663916 C2 RU 2663916C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- washers
- workpieces
- turning
- casting
- blanks
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 8
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 3
- 101100008046 Caenorhabditis elegans cut-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100008049 Caenorhabditis elegans cut-5 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 206010012186 Delayed delivery Diseases 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- -1 sinks Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и металлургии сплавов на основе алюминия и магния - в частности к способам изготовления кольцевых заготовок и может быть использовано в ракетостроении и самолетостроении для получения цельных полуфабрикатов в виде шпангоутов, т.е. без сварных соединений [В21Н 1/06].The invention relates to the processing of metals by pressure and metallurgy of alloys based on aluminum and magnesium - in particular, to methods for the manufacture of ring blanks and can be used in rocket science and aircraft manufacturing to produce solid semi-finished products in the form of frames, i.e. without welded joints [
Шпангоуты являются основными силовыми элементами в конструкциях ракет, которые воспринимают на себя и испытывают основные знакопеременные и осевые нагрузки в совместном и автономном полетах ракеты, поэтому исходные кольцевые заготовки для изготовления шпангоутов должны обладать высокой надежностью и повышенными механическими свойствами.The frames are the main power elements in the design of missiles, which take on and experience the main alternating and axial loads in joint and autonomous missile flights, therefore, the original ring blanks for the manufacture of frames must have high reliability and increased mechanical properties.
В настоящее время на ракетно-космических заводах силовые шпангоуты всех изделий ракетно-космической техники, как выпускаемых серийно, так и перспективных, изготавливаются из прессованных профилей. Количество стадий серийной технологии изготовления шпангоутов из сварных прессованных профилей:Currently, at rocket and space plants, power frames of all products of rocket and space technology, both mass-produced and promising, are made of extruded profiles. The number of stages of serial technology for the manufacture of frames from welded extruded profiles:
1. Отливка столба;1. Pillar casting;
2. Обдирка слитка;2. Peeling the ingot;
3. Резка слитка;3. Cutting an ingot;
4. Нагрев слитка;4. Ingot heating;
5. Прессование профиля;5. Profile pressing;
6. Резка профиля;6. Profile cutting;
7. Отжиг профиля;7. Annealing profile;
8. Гибка профиля на прессе;8. Profile bending on the press;
9. Отрезка концов;9. Cutting ends;
10. Зачистка кромок;10. Cleaning the edges;
11. Сварка;11. Welding;
12. Зачистка швов;12. Cleaning the seams;
13. Отжиг;13. Annealing;
14. Правка на прессе;14. Editing in the press;
15. Фрезеровка с промежуточным контролем рентгеном.15. Milling with intermediate X-ray control.
Причем, операции 7. и 8. повторяются 3-4 раза в цикле, в зависимости от диаметра шпангоута (см. [http://referatwork.ru/category/tehnologii/view/478283_tehnologicheskiy_process_izgotovleniya_obechayki]).Moreover,
По существующей технологии шпангоуты из сплавов на основе алюминия или магния изготавливаются из 2-х, 3-х и 4-х частей, полученных гибкой прессованных полос в полукольца, контактно-стыковую сварку (алюминиевые сплавы) или ручную сварку (магниевые сплавы) колец, отжиг и механическую обработку. Из-за низкой технологичности процесса сварки алюминиевых и магниевых профилей большого сечения практически все сварные швы требуют подварки после предварительной механической обработки и контроля рентгеном, что значительно увеличивает трудоемкость и, особенно, влияет на их качество и надежность. В процессе стапельной сборки отсеков бывают случаи разрушения шпангоута по сварному шву из-за недостаточной его прочности, связанной с нестабильным и сложным процессом ручной сварки, что приводит к неисправимому браку и задержки сдачи изделия.According to the existing technology, frames from aluminum or magnesium-based alloys are made of 2, 3 and 4 parts obtained by flexible extruded strips into half rings, flash butt welding (aluminum alloys) or manual welding (magnesium alloys) of rings, annealing and machining. Due to the low technological effectiveness of the welding process of aluminum and magnesium profiles of large cross-section, almost all welds require welding after preliminary machining and x-ray control, which significantly increases the complexity and, especially, affects their quality and reliability. In the process of stacking compartments of compartments, there are cases of destruction of the frame along the weld due to its insufficient strength associated with an unstable and complex process of manual welding, which leads to irreparable defects and delayed delivery of the product.
Контактно-стыковая сварка алюминиевых прессованных профилей производится на уникальных сварочных машинах, которые в настоящее время в России и в мире не изготавливаются. В связи со значительным физическим износом данное оборудование часто выходит из строя. Время простоя оборудования из-за внеплановых ремонтов достигает 4-х месяца в году, что сказывается на ритмичности производства и значительных финансовых затратах, а также ставит под угрозу выполнение производственного плана. Известна технология изготовления шпангоутов из цельнокатаных алюминиевых колец (см.Contact-butt welding of aluminum extruded profiles is performed on unique welding machines, which are currently not manufactured in Russia and in the world. Due to significant physical wear and tear, this equipment often fails. Due to unscheduled repairs, equipment downtime reaches 4 months a year, which affects the rhythm of production and significant financial costs, as well as jeopardizing the implementation of the production plan. The known technology for the manufacture of frames from solid rolled aluminum rings (see
[http://referatwork.ru/category/tehnologii/view/478283_tehnologicheskiy_process_izgotovleniya_obechayki]), исходным материалом которых являются слитки, полученные по технологии полунепрерывного литья с формированием столбчатой структуры. Количество стадий технологии изготовления цельнокатаных шпангоутов из слитка, полученного полунепрерывным литьем:[http://referatwork.ru/category/tehnologii/view/478283_tehnologicheskiy_process_izgotovleniya_obechayki]), the starting material of which is ingots obtained by the technology of semi-continuous casting with the formation of a columnar structure. The number of stages of the technology for the manufacture of solid-rolled frames from an ingot obtained by semi-continuous casting:
1. Отливка столба;1. Pillar casting;
2. Обдирка слитка;2. Peeling the ingot;
3. Резка слитка;3. Cutting an ingot;
4. Нагрев слитка;4. Ingot heating;
5. Обковка слитка;5. Forging an ingot;
6. Нагрев слитка;6. Ingot heating;
7. Осадка;7. Draft;
8. Прошивка;8. Firmware;
9. Раскатка кольца.9. Rolling the ring.
После удаления поверхностных дефектов слитки разрезают на заготовки, которые нагревают в печи. Горячие заготовки осаживают на прессе и прошивают отверстие в центре. При последующей обработке разгоняют отверстие и придают точные размеры ободу по высоте.After removal of surface defects, the ingots are cut into billets, which are heated in a furnace. Hot workpieces are upset on the press and a hole is stitched in the center. In subsequent processing, the hole is accelerated and the rim is precisely sized in height.
Однако, данный технологический процесс получения кольцевого изделия предопределяет помимо получения слитка, осадки и прошивки многократные нагревы и подсадку заготовки, что необходимо для снятия напряжений получения мелкозернистой изотропной структуры, необходимой при последующей раскатке.However, this technological process of obtaining a ring product determines, in addition to obtaining an ingot, precipitation and firmware, multiple heating and replanting of the workpiece, which is necessary to relieve stresses of obtaining a fine-grained isotropic structure, necessary during subsequent rolling.
Исходя из вышеизложенного, процесс обладает высокой трудоемкостью изготовления изделия, низким КИМ (коэффициент использования материала), и соответственно, значительной себестоимостью, а также многократные нагревы приводят к снижению уровня механических и структурных параметров изделия.Based on the foregoing, the process has a high complexity of manufacturing the product, low CMM (material utilization), and, accordingly, significant cost, as well as multiple heating lead to a decrease in the level of mechanical and structural parameters of the product.
Известна технология получения заготовок-шайб методом центробежного литья подробно описана в RU 2520249, опубл.: 20.06.2014. В нем описана установка для получения кольцевых отливок из магниевых сплавов методом центробежного литья в среде инертного газа, содержащей герметичную камеру с инертной средой, вращающийся круглый стол, прикрепленный к приводному валу электродвигателя, расположенному вне герметичной камеры, цилиндрическую изложницу с крышкой, закрепленную на вращающемся круглом столе, отличающаяся тем, что она снабжена плавильной печью, электрообогреваемым металлопроводом, выполненным в виде сифона, один конец которого размещен в плавильной печи с образованием жидкостного затвора из расплава металла, а другой конец размещен в герметичной камере, и стаканом-дозатором, расположенным по центру изложницы соосно металлопроводу.The known technology for producing blanks-washers by centrifugal casting is described in detail in RU 2520249, publ.: 06.20.2014. It describes a setup for producing ring castings of magnesium alloys by centrifugal casting in an inert gas medium containing a sealed chamber with an inert medium, a rotating round table attached to a drive shaft of an electric motor located outside the sealed chamber, a cylindrical mold with a lid mounted on a rotating round table, characterized in that it is equipped with a melting furnace, an electric heated metal wire, made in the form of a siphon, one end of which is placed in a melting furnace with rofessional shutter of liquid molten metal, and the other end is placed in a sealed chamber and the metering cup, positioned centrally of the mold coaxially metalloprovoda.
Однако решение в целом ограничено процессом получения кольцевых отливок из магниевых сплавов методом центробежного литья и не описывает способ изготовления цельнокатаных силовых шпангоутов из центробежнолитой заготовки-шайбы. Наиболее близким аналогом является RU 2487776, опубл.: 20.07.2013, способ получения крупногабаритных кольцевых полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов, включающий операции литья, деформационной обработки и отжига, отличающийся тем, что отливку получают способом центробежного литья в среде инертного газа, причем расплав подают в изложницу с максимально возможным секундным расходом, равным 1-4% в секунду в начале литья и 0,02-0,08% в секунду в конце литья от общей массы отливки при постепенном снижении расхода обратно пропорционально времени литья, а скорость вращения изложницы плавно увеличивают на 0,4-6,0% в минуту от начальной скорости, причем деформационную обработку осуществляют двухступенчатой раскаткой отливки при обжатии 5-10% при каждом проходе и суммарной деформации 25-30% на первой ступени и при обжатии 15-20% при каждом проходе и суммарной деформации 65-70% на второй ступени.However, the solution as a whole is limited to the process of producing ring castings from magnesium alloys by centrifugal casting and does not describe a method for manufacturing solid-rolled power frames from a centrifugally cast billet-washer. The closest analogue is RU 2487776, publ.: 20.07.2013, a method for producing large-sized ring semi-finished products from wrought aluminum alloys, including casting, deformation processing and annealing, characterized in that the casting is obtained by centrifugal casting in an inert gas medium, and the melt is fed to the mold with the maximum possible second flow rate equal to 1-4% per second at the beginning of casting and 0.02-0.08% per second at the end of casting of the total mass of the casting with a gradual decrease in consumption inversely proportional to the times casting, and the mold rotation speed is gradually increased by 0.4-6.0% per minute from the initial speed, and the deformation processing is carried out by two-stage rolling of the casting during compression of 5-10% at each pass and the total deformation of 25-30% in the first stage and with a compression of 15-20% with each pass and a total deformation of 65-70% in the second stage.
Однако, решение в целом ограничено процессом получения кольцевых отливок из алюминиевых сплавов методом центробежного литья и не описывает способ изготовления цельнокатаных силовых шпангоутов из центробежнолитой заготовки-шайбы.However, the solution as a whole is limited to the process of producing ring castings from aluminum alloys by centrifugal casting and does not describe a method for manufacturing solid-rolled power frames from a centrifugally cast billet-washer.
Задачей изобретения является предложить способ изготовления цельнокатаных силовых шпангоутов из центробежнолитой заготовки-шайбы.The objective of the invention is to propose a method for the manufacture of solid-rolled power frames from a centrifugally cast billet-washer.
Техническим результатом изобретения является упрощение процесса производства до трех стадий, ускорение получения детали, уменьшение энергозатрат, повышение надежности шпангоутов, снижение трудоемкости изготовления шпангоутов, прочностные характеристики шпангоутов соответствуют прочностным характеристикам прессованных профилей.The technical result of the invention is to simplify the production process to three stages, accelerate the production of parts, reduce energy costs, increase the reliability of frames, reduce the complexity of manufacturing frames, strength characteristics of frames correspond to the strength characteristics of extruded profiles.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ изготовления цельнокатаных силовых шпангоутов из центробежнолитой заготовки-шайбы, характеризующийся получением крупногабаритных кольцевых полуфабрикатов из деформируемых сплавов, включающий операции литья, деформационной обработки и отжига, причем отливку получают способом центробежного литья в среде инертного газа, при этом расплав подают в изложницу, а деформационную обработку раскатки кольца осуществляют двухступенчатой раскаткой отливки, отличающийся тем, что после получения заготовок-шайб методом центробежного литья проводят их обточку с припуском, причем обточку осуществляют на токарно-карусельном станке; в процессе обточки заготовкам-шайбам придают такие необходимые геометрические параметры по высоте, наружному и внутреннему диаметрам заготовок, которые достаточны для последующего получения заданного объема металла при последующей операции; припуск задаваемый на обточку выбирают в зависимости от усадки выбранного материала, глубины залегания литейных дефектов и толщины стенки отливок, при этом по наружной поверхности центробежнолитой заготовки припуски под обточку задают меньше, чем по внутренней; обточенные заготовки нагревают в печи, помещают на гидравлический пресс и выполняют осадку заготовок по высоте, после чего перемещают на радиально-аксиальный кольцераскатный стан, причем перемещение нагретой заготовки-шайбы между нагревательной печью, прессом и кольцераскатным станом осуществляется манипулятором. Обточку осуществляют предпочтительно на двухстоечном токарно-карусельном станке, на котором ведут режимы резания:The specified technical result is achieved due to the fact that the claimed method of manufacturing solid-rolled power frames from a centrifugally cast billet-washer, characterized by obtaining large-sized annular semi-finished products from wrought alloys, including casting, deformation processing and annealing, and casting is obtained by centrifugal casting in an inert gas environment wherein the melt is fed into the mold, and the deformation processing of the ring rolling is carried out by two-stage rolling of the casting, distinguishing the fact that after receiving the blanks-washers by centrifugal casting, they are turned with an allowance, and turning is carried out on a turning and rotary machine; in the process of turning blanks-washers give such necessary geometric parameters in height, outer and inner diameters of the blanks, which are sufficient for the subsequent receipt of a given volume of metal during subsequent operations; the allowance specified for turning is selected depending on the shrinkage of the selected material, the depth of casting defects and the wall thickness of the castings, while the allowances for turning on the outer surface of the centrifugally cast billet are less than those on the inside; Turned workpieces are heated in an oven, placed on a hydraulic press, and the workpieces are upset by height, and then transferred to a radially axial ring rolling mill, and the heated washer workpiece is moved between the heating furnace, press and the ring rolling mill by a manipulator. Turning is carried out preferably on a two-column turning-rotary machine, which are cutting conditions:
Скорость вращения стола - 8,8 об/мин;Table rotation speed - 8.8 rpm;
Подача - 0,6 мм/мин за оборот при черновой обработке;Feed - 0.6 mm / min per revolution during roughing;
Подача - 0,4 мм/мин за оборот при чистовой обработке при приближении к заданным размерам;Feeding - 0.4 mm / min per revolution during finishing when approaching the specified size;
Глубина резания - 5 мм на сторону при черновой обработке;Depth of cut - 5 mm per side during roughing;
Глубина резания - 2 мм на сторону при чистовой обработке при приближении к заданным размерам.Depth of cut - 2 mm per side during finishing while approaching the specified dimensions.
Очередность обработки на токарно-карусельном станке осуществляют в следующем порядке: сначала, базируясь кулачками за наружный диаметр, производят обработку внутреннего диаметра в размер, затем верхнего торца по высоте заготовки в размер; далее осуществляют переворот заготовки-шайбы на столе токарно-карусельного станка; после чего, базируясь кулачками за внутренний диаметр, производят обработку наружного диаметра в размер, затем верхнего торца по высоте заготовки в размер.The sequence of processing on a turning and rotary machine is carried out in the following order: first, based on the cams for the outer diameter, the inner diameter is processed in size, then the upper end in height of the workpiece in size; further, the workpiece-washer is flipped on the table of the turning and rotary machine; then, based on the cams for the inner diameter, the outer diameter is machined to a size, then the upper end along the height of the workpiece to a size.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На Фиг. 1 показана схема установки получения заготовок-шайб методом центробежного литья, где: 1 - печь сопротивления, 2 - герметичный плавильник, 3 - загрузочный люк, 4 - патрубок металлопровода, 5 - герметизирующее уплотнение, 6 - жидкостный затвор из металла, 7 - герметизирующее уплотнение, 8 - герметичная камера, 9 - съемная крышка, 10 - круглый стол, 11 - литейная изложница, 12 - крышка изложницы, 13 - стол крепежа изложницы, 14-дозатор, 15 - вал литейной машины, 16-электродвигатель, 17 - клиноременная передача.In FIG. 1 shows a installation diagram for the production of washer blanks by centrifugal casting, where: 1 - a resistance furnace, 2 - an airtight melter, 3 - a loading hatch, 4 - a metal pipe, 5 - a sealing seal, 6 - a liquid shutter made of metal, 7 - a sealing seal , 8 - sealed chamber, 9 - removable cover, 10 - round table, 11 - foundry mold, 12 - mold cover, 13 - mold fastener table, 14-dispenser, 15 - casting machine shaft, 16-electric motor, 17 - V-belt drive .
На Фиг. 2 показана схема формирования структуры отливки во вращающейся форме, где 18 и 19 - зоны первой и второй стадий кристаллизации расплава, соответственно. На Фиг. 3 показана фотография готовой отливки, полученной во вращающейся форме. На Фиг. 4 показана блок-схема осуществления способа, где 20 - вертикальная центробежная литьевая машина, 21 - токарно-карусельный станок, 22 - радиально-аксиальный кольцераскатный стан, 23 - манипулятор, 24 - нагревательная печь, 25 - гидравлический пресс для осадки заготовок по высоте.In FIG. 2 shows a diagram of the formation of the structure of the casting in a rotating form, where 18 and 19 are the zones of the first and second stages of melt crystallization, respectively. In FIG. 3 shows a photograph of a finished casting obtained in a rotating form. In FIG. 4 shows a flowchart of the method, where 20 is a vertical centrifugal injection molding machine, 21 is a turning and rotary machine, 22 is a radially axial ring rolling mill, 23 is a manipulator, 24 is a heating furnace, 25 is a hydraulic press for upsetting workpieces in height.
На Фиг. 5 показана фотография готовой заготовки, полученной заявленным способом. Осуществление изобретенияIn FIG. 5 shows a photograph of a finished workpiece obtained by the claimed method. The implementation of the invention
Предлагаемый способ включат в себя только три стадии, а именно:The proposed method will include only three stages, namely:
1. Получение заготовок-шайб методом центробежного литья;1. Obtaining blanks-washers by centrifugal casting;
2. Обточка заготовок-шайб;2. Turning blanks-washers;
3. Раскатка кольца.3. Rolling the ring.
Полученные центробежным литьем заготовки-шайбы в нейтральной среде имеют существенные преимущества, а именно:Obtained by centrifugal casting workpieces-washers in a neutral environment have significant advantages, namely:
- исключается возможность возгорания, окисления и газонасыщения;- eliminates the possibility of fire, oxidation and gas saturation;
- происходит направленная кристаллизация расплава от периферии к центру;- directional crystallization of the melt occurs from the periphery to the center;
- в процессе формировании отливок обеспечивается возможность улучшения заполняемости формы изложницы расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами;- in the process of forming castings, it is possible to improve the mold filling of the mold with the melt under the action of pressure developed by centrifugal forces;
- обеспечивается повышение плотности отливок вследствие уменьшения усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений.- provides an increase in the density of castings due to the reduction of shrinkage pores, sinks, gas, slag and non-metallic inclusions.
Для получения заготовки-шайбы в нейтральной среде используют вертикальную центробежную литьевую машину 20 (см. Фиг. 4).To obtain a blank washer in a neutral environment, use a vertical centrifugal injection machine 20 (see Fig. 4).
Получение цельнокатаных колец из центробежнолитых заготовок-шайб может быть реализовано с помощью устройства, показанного на Фиг. 1, аналогичного прототипу. Устройство (см. Фиг. 1), содержит следующее оборудование: плавильную печь 1 с герметичным плавильником 2, в крышке которого находится загрузочный люк 3 и патрубок ввода металлопровода 4 (труба из сплава титана при литье алюминиевого сплава). Электрообогреваемый металлопровод выполненный в виде сифона, один конец которого через герметизирующее уплотнение 5 погружен в жидкостный затвор из расплава металла 6, а второй конец через герметизирующее электроизоляционное уплотнение 7 введен в герметичную камеру 8 центробежно-литьевой машины через съемную крышку 9. Внутри герметичной камеры установлен круглый стол 13, на котором крепится литейная цилиндрическая изложница 11 с крышкой 12. На дне изложницы, соосно со стаканом-дозатором, крепится распределительный оребренный фланец 10, воспринимающий удар струи заливаемого металла. На крышку изложницы сверху или на крышку герметичной камеры снизу соосно с изложницей и металлопроводом жестко крепится стакан-дозатор 14. Стакан-дозатор представляет собой обогреваемый тигель, рассчитанный на объем 25-50 кг расплава, имеющий носок для слива металла и регулирующее стопорное устройство с затвором шиберного типа. Стопор имеет три положения: «закрыто», «открыто» (начало литья), «частично открыто» (в процессе литья).The preparation of solid-rolled rings from centrifugally cast billet washers can be implemented using the device shown in FIG. 1, similar to the prototype. The device (see Fig. 1) contains the following equipment: a melting
Круглый стол при помощи жестко прикрепленного вала 15 приводится во вращение электродвигателем 16 через клиноременную передачу 17.The round table with the help of a rigidly attached
Прогрев металлопровода 4 и стакана-дозатора 14 осуществляется от внешнего источника электрического питания.The heating of the
Установка работает следующим образом:Installation works as follows:
В плавильнике 2 после загрузки исходного продукта закрывается крышка люка 3, и в установке создается инертная атмосфера путем последовательного вакуумирования до остаточного давления 0,5 мм рт.ст. и заполнения инертным газом до избыточного давления 0,05 атм.In the
При достижении температуры металла в печи температуры плавления, в плавильную печь подается инертный газ, который через сифон барботирует через расплав, тем самым перемешивая его.When the temperature of the metal in the furnace reaches the melting temperature, an inert gas is supplied to the melting furnace, which sparges through the siphon through the melt, thereby mixing it.
Металлопровод и стакан-дозатор предварительно нагревается до температуры, превышающей температуру плавления металла на 10-50°С.The metal wire and the metering cup are preheated to a temperature that is 10-50 ° C higher than the melting temperature of the metal.
Затем, при достижении температуры металла в печи на 5-20°С превышающей температуру плавления металла, путем создания в плавильнике давления 0,3-0,7 атм, расплав по металлопроводу 4 подается в герметичную камеру центробежной литьевой машины. Расплавленный металл по металлопроводу попадает в стакан-дозатор и заполняет его объем до фиксированного уровня, при этом стопор стакана-дозатора расположен в положении «Закрыто» и соответственно шиберный затвор закрыт.После заполнения металлом стакана-дозатора, положение стопора переводится в положение «Открыто», вследствие чего шиберный затвор открывается и расплав через носок стакана-дозатора попадает во вращающуюся изложницу на оребренный фланец, тем самым осуществляется начало процесса центробежного литья. Расплав попадая на вращающийся оребренный фланец центробежными силами прижимается на боковую стенку изложницы, постепенно заполняя ее объем к центру. Затем, через 1-3 сек, стопор переводится в положение «Частично открыто», шиберный затвор частично перекрывает носок стакана-дозатора, обеспечивая дальнейшую равномерную подачу расплава во вращающуюся изложницу. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 300-2500 об/мин (в зависимости от внешнего диаметра отливки, имеющей диапазон от 1000 до 2500 мм). После окончания литья процесс прекращается путем стравливания избыточного давления инертного газа в плавильнике.Then, when the temperature of the metal in the furnace is 5-20 ° C higher than the melting temperature of the metal, by creating a pressure of 0.3-0.7 atm in the smelter, the melt is fed through a
Изложница вращается до полного затвердевания расплава, которое осуществляется за счет охлаждения теплопередачей к стенке изложницы, происходящей по наружной поверхности и по торцам отливки (после образования усадочного зазора между отливкой и изложницей контактная передача с этих поверхностей частично заменяется теплоизлучением), а также за счет конвекции нейтрального газа со стороны свободной поверхности отливки. После охлаждения кольцевой заготовки вращение изложницы останавливается, открывается крышка герметичной камеры со стаканом-дозатором, затем открывается крышка изложницы. Далее, при помощи специального захвата за внутреннюю поверхность кольца извлекается заготовка-шайба.The mold rotates until the melt solidifies completely, which is accomplished by cooling the heat transfer to the mold wall, occurring on the outer surface and along the ends of the casting (after the formation of a shrink gap between the casting and the mold, the contact transfer from these surfaces is partially replaced by heat radiation), as well as due to convection of neutral gas from the side of the free surface of the casting. After cooling the annular blank, the rotation of the mold stops, the lid of the sealed chamber with the dispenser glass opens, then the mold cover opens. Further, using a special grip on the inner surface of the ring, the blank washer is removed.
Плавильная печь 1 охлаждается до кристаллизации жидкого затвора, вскрывается люк, производится новая загрузка исходного металла и, после создания в плавильнике инертной атмосферы и нагрева металла, производится повторный цикл литья кольцевых заготовок.The
После получения заготовок-шайб методом центробежного литья получают зоны первой 18 и второй 19 стадий кристаллизации расплава (см. Фиг. 2, Фиг. 3). Далее необходимо провести их обточку, которая осуществляется на токарно-карусельном станке 21 (см. Фиг. 4).After receiving the blanks-washers by centrifugal casting, zones of the first 18 and second 19 stages of crystallization of the melt are obtained (see Fig. 2, Fig. 3). Next, it is necessary to turn them, which is carried out on a turning and rotary machine 21 (see. Fig. 4).
Обточка проводится как с целью придания заготовкам-шайбам геометрических параметров, необходимых для получения заданного объема металла для последующей операции, так и с целью удаления поверхностных литейных дефектов (неслитины, плени, раковины, трещины и т.д.) по высоте, наружному и внутреннему диаметрам заготовок. Припуск задаваемый на обточку зависит от усадки выбранного материала, глубины залегания литейных дефектов и толщины стенки отливок. По наружной поверхности центробежнолитой заготовки припуски под обточку задаются меньше, чем по внутренней. Так для алюминиевых и магниевых сплавов они составляют 10-15 мм на сторону.Turning is carried out both to give the workpiece washers the geometrical parameters necessary to obtain a given volume of metal for the subsequent operation, and to remove surface casting defects (non-slit, gravel, sinks, cracks, etc.) in height, external and internal diameters of the workpieces. The allowance set for turning depends on the shrinkage of the selected material, the depth of casting defects and the wall thickness of the castings. On the outer surface of the centrifugal cast billet, allowances for turning are set less than on the inside. So for aluminum and magnesium alloys they are 10-15 mm per side.
Заготовки могут обрабатываться, например, на двухстоечном токарно-карусельном станке (модели 1553).Billets can be processed, for example, on a two-column turning and rotary machine (model 1553).
Режимы резания:Cutting modes:
Скорость вращения стола -8,8 об/мин;Table rotation speed -8.8 rpm;
Подача - 0,6 мм/мин за оборот при черновой обработке;Feed - 0.6 mm / min per revolution during roughing;
Подача - 0,4 мм/мин за оборот при чистовой обработке (при приближении к заданным размерам);Feeding - 0.4 mm / min per revolution during finishing (when approaching the specified size);
Глубина резания - 5 мм на сторону при черновой обработке;Depth of cut - 5 mm per side during roughing;
Глубина резания - 2 мм на сторону при чистовой обработке (при приближении к заданным размерам).Depth of cut - 2 mm per side during finishing (when approaching the specified dimensions).
Очередность обработки на двухстоечном токарно-карусельном станке такая.The sequence of processing on a two-column turning and rotary machine is as follows.
Ввиду неровной внутренней поверхности заготовки-шайбы, обточка осуществляется в следующем порядке:Due to the uneven inner surface of the washer blank, the turning is carried out in the following order:
1. Базируясь кулачками за наружный диаметр, производится обработка внутреннего диаметра в размер, затем верхнего торца (по высоте заготовки) в размер.1. Based on the cams for the outer diameter, the inner diameter is processed into a size, then the upper end (along the height of the workpiece) is sized.
2. Осуществляется переворот заготовки-шайбы на столе токарно-карусельного станка.2. The billet-washer is flipped on the table of the turning and rotary machine.
3. Базируясь кулачками за внутренний диаметр, производится обработка наружного диаметра в размер, затем верхнего торца (по высоте заготовки) в размер.3. Based on the cams for the inner diameter, the outer diameter is machined to a size, then the upper end (along the workpiece height) to a size.
В настоящее время в качестве заготовок для кольцераскатки применяются отливки, штамповки, прокат. Ассортимент изготавливаемых колец для силовых шпангоутов непрерывно расширяется как по геометрическим параметрам, так и по применяемым материалам, как например магниевые сплавы. Это требует разработки новых подходов к моделированию и оптимизации процесса кольцераскатки.Currently, castings, stampings, rolled products are used as blanks for ring rolling. The range of manufactured rings for power frames is constantly expanding both in geometric parameters and in the materials used, such as magnesium alloys. This requires the development of new approaches to modeling and optimization of the ring rolling process.
Настоящим изобретением для изготовления силовых шпангоутов предлагается использовать в качестве заготовок для кольцераскатки заготовки-шайбы, полученные методом центробежного литья, с последующей их обточкой.The present invention for the manufacture of power frames is proposed to use as blanks for ring rolling blanks-washers obtained by centrifugal casting, followed by turning them.
Применение процесса кольцераскатки заготовок-шайб является важнейшим условием для достижения наилучших результатов по точности и заданной форме готового кольца при минимальных затратах на энергоресурсы, минимальных мощностях, затрачиваемых на деформирование кольца и максимальном коэффициенте использования материала. Кольцераскатку заготовок-шайб с целью получения шпангоутов заданных геометрических параметров необходимо проводить на радиально-аксиальном кольцераскатном стане 22 (см. Фиг. 4), который входит в состав следующего кольцераскатного комплекса: нагревательная камерная печь 24, гидравлический пресс 25 для осадки заготовок по высоте, радиально-аксиальный кольцераскатной стан 22.The use of the ring rolling process for blanks-washers is the most important condition for achieving the best results in terms of accuracy and a given shape of the finished ring with minimum energy costs, minimum power spent on ring deformation and maximum material utilization. Ring rolling of blanks-washers in order to obtain frames of specified geometric parameters must be carried out on a radially axial ring rolling mill 22 (see Fig. 4), which is part of the following ring-rolling complex: a
В качестве стана 22 может быть использован любой стан из известных в технике (см. http://meer.sms-group.com/fileadmin/user_upload/pdf/publicationgroup/schmiedetechnik/RW_RAW_RU_10-14.pdf).As
В камерной печи 24 нагревают заготовку, затем с помощью пресса 25 выполняют осадку заготовок по высоте. После перемещают заготовку на радиально-аксиальный кольцераскатной стан 22. Перемещение нагретой заготовки-шайбы между нагревательной печью, прессом и кольцераскатным станом 22 осуществляется манипулятором 23. В качестве манипулятора может быть использован любой манипулятор из известных применяемых в кольцепрокатном производстве (см. http://www.dango-dienenthal.de/ru). На кольцераскатном стане 22 формируют конечный продукт-шпангоут (см. пример на Фиг. 5).In the
В результате реализации предлагаемого изобретения достигается целый ряд значимых преимуществ:As a result of the implementation of the invention, a number of significant advantages are achieved:
- повышается надежность шпангоутов за счет отсутствия сварных швов;- increased reliability of frames due to the lack of welds;
- снижается трудоемкость изготовления шпангоутов;- reduces the complexity of manufacturing frames;
- сокращается цикл изготовления шпангоутов;- the production cycle of frames is reduced;
- не менее чем в 1,5 раза сокращаются затраты на изготовления шпангоутов (для магниевого сплава);- no less than 1.5 times reduced the cost of manufacturing frames (for magnesium alloy);
- прочностные характеристики соответствуют прочностным характеристикам прессованных профилей.- strength characteristics correspond to the strength characteristics of extruded profiles.
В таблице 1 показано сравнение трудоемкости и затрат на изготовление цельнокатаных шпангоутов из сплава МА2-1пч по сравнению с существующей серийной технологией.Table 1 shows a comparison of the complexity and costs of manufacturing solid-rolled frames from MA2-1pch alloy compared to existing serial technology.
Таким образом, применение цельнокатаных силовых шпангоутов из сплавов на основе алюминия или магния изготовленных из центробежнолитых заготовок-шайб, позволит не только повысить надежность изделий при существенном снижении трудоемкости, но и за счет повышенных механических характеристик снизить вес шпангоутов.Thus, the use of seamless-rolled power frames made of aluminum or magnesium alloys made of centrifugally cast billet washers will not only increase the reliability of products with a significant reduction in labor intensity, but also due to the increased mechanical characteristics, reduce the weight of the frames.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112564A RU2663916C2 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112564A RU2663916C2 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016112564A RU2016112564A (en) | 2017-10-09 |
RU2663916C2 true RU2663916C2 (en) | 2018-08-13 |
Family
ID=60047663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016112564A RU2663916C2 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2663916C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010118448A2 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Facc Ag | Frame and method for producing such a frame |
ES2401517A2 (en) * | 2011-05-31 | 2013-04-22 | Airbus Operations S.L. | Composite aircraft frame |
RU2487776C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-07-20 | Николай Дмитриевич Шанин | Method of producing large-size annular semis from wrought aluminium alloys |
-
2016
- 2016-04-04 RU RU2016112564A patent/RU2663916C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010118448A2 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Facc Ag | Frame and method for producing such a frame |
ES2401517A2 (en) * | 2011-05-31 | 2013-04-22 | Airbus Operations S.L. | Composite aircraft frame |
RU2487776C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-07-20 | Николай Дмитриевич Шанин | Method of producing large-size annular semis from wrought aluminium alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016112564A (en) | 2017-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11458528B2 (en) | Wheel automatic closed die forging production line and aluminum alloy wheel | |
CN109093048B (en) | Large-scale machine brake type forging die and forging method | |
JP5613468B2 (en) | Method for producing annular molded body | |
JP6292761B2 (en) | Method for producing annular molded body | |
CN104525829B (en) | Radially the Semi-solid Process of compressor of air conditioner aluminium alloy bent axle is prepared in forging strain induction | |
CN101786220A (en) | Casting and hot spinning process of aluminum alloy wheel | |
CN103157760B (en) | Gear blank production technology method with hammer forging and die forging combined | |
CN111230037A (en) | Production process of flange for improving utilization rate of raw materials | |
CN112059091B (en) | Disc type aluminum alloy automobile hub forging die structure and forging method | |
CN107206469A (en) | The manufacture method of ring-type formed body | |
CN107405681B (en) | Method for manufacturing a turbomachine component, a blank and a final component | |
CN107377936A (en) | Bogie wheel Combined Loading liquid forging process | |
US2323972A (en) | Method of forging | |
CN102689156A (en) | GH4169 high-temperature alloy special-cross-section large annular piece liquid forging and rolling composite forming method | |
RU2663916C2 (en) | Solid-rolled strong frames from the centrifugally cast workpiece-washer manufacturing method | |
RU2487776C1 (en) | Method of producing large-size annular semis from wrought aluminium alloys | |
CN108443450A (en) | A kind of fluid-flywheel clutch rotor and its production method | |
CN102240897A (en) | Method for manufacturing water-cooling type double-metal pipe die | |
CN104148797B (en) | The manufacture method of planetary wheel carrier | |
CN104625633B (en) | The semisolid manufacturing process of the modular ring spinning strain-induced method of submarine ring stiffened shell | |
RU2520249C2 (en) | Device for making ring ingots from magnesium alloy by spun casting in inert gas medium | |
KR101341122B1 (en) | Apparatus and methods for manufacturing metal ring | |
US10543523B2 (en) | Forging tool for the manufacturing of a shaped rolled ring, notably for the manufacture of a turbomachine disc | |
RU2302921C2 (en) | Flawless forged pieces forging method for producing elongated articles such as rotors or shafts | |
CN105522132B (en) | The application method of the preparation facilities of triangle continuous casting billet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20171026 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20180622 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200405 |