Разработка мероприятий для улучшения качества и модернизации производства медного чехла

Рисунок 13 - Индикаторная диаграмма гидростатического прессования

Однако усилие при гидропрессовании на 40% меньше по сравнению с обычным традиционным процессом прямого прессования.

Один из недостатков этого процесса - проблема, связанная с торможением или улавливанием пресс-изделий на завершающей стадии прессования. Это обусловлено переходом потенциальной энергии, накопленной в результате упругого сжатия рабочей жидкости и деталей установки, в кинетическую энергию движения пресс-изделия и жидкости. Скорость прессования зависит от объема рабочей жидкости и в отдельных случаях может достигать 200 м/с. Улавливают изделия в амортизационных приспособлениях с использованием песка, резины, свинца и вязких жидкостей. Но при выдавливании массивных изделий такие приспособления непригодны. В этих случаях рекомендуется останавливать процесс при минимальном пресс-остатке, который при прессовании удаляется с последующего изделия. Однако такой способ торможения не нашел широкого применения. Лучше тормозить пресс-изделие, снижая давление на завершающей стадии, с использованием гидравлических систем.

Можно устранить подобные «выстрелы» на завершающей стадии процесса, реализовать его на механических прессах. Особенностью процесса гидропрессования на механических прессах является сравнительно высокая скорость деформирования и плавное ее уменьшение к концу хода. Высокие скорости гидропрессования способствуют стабилизации процесса, обеспечению гидродинамического режима смазки в обжимающей части пластической зоны, а особенность конструкции кривошипных прессов обеспечивают снижение скорости ползуна пресса при его приближении к нижней точке, соответствующей закрытой высоте пресса.

Большое влияние на характер протекания гидропрессования оказывает рабочая среда. В качестве рабочих сред при гидропрессовании выбирают твердые, жидкие и газообразные.

К твердым средам относят легкоплавкие металлы, порошки и синтетические материалы типа пластиков; к жидким - воду, легкие и тяжелые фракции перегонки нефти, органические масла, кремнийорганические соединения и синтетические суспензии; к газообразным - аргон.

При использовании твердых сред упрощается герметизация. Однако они отрицательно влияют на качество поверхности профилей, что ограничивает их применение для изделий ответственного назначения.

Газообразные среды применяют для газовой экструзии при высоких температурах. На практике чаще всего используют жидкие рабочие среды.

При выборе вида сред учитывают возможность минимальной их сжимаемости при высоких давлениях, изменение вязкости с ростом давления и вероятность со - здания при выдавливании высокопрочной пленки на поверхности заготовки и матрицы. Эти среды должны обладать высокими антифрикционными свойствами и обеспечивать устойчивость свойств при высоких давлениях, а также предохранять инструмент и оборудование от коррозии. Такие среды чаще всего недороги. Недостаток некоторых из них - повышенние токсичность и взрывоопасность; это следует учитывать при эксплуатации. По фрикционным свойствам наиболее употребляемые смазочные материалы (по возрастанию коэффициентов трения): стеариновая кислота 0,022; дисульфид молибдена 0,032; графит 0,036; пальмовое масло 0,063; касторовое масло 0,064; оксид цинка 0,071; мыльный камень 0,076; турбинное масло с 1% графита 0,081; машинное масло 0,099. В качестве антифрикционных присадок и смазочных материалов применяют графит, фторопластовые эмульсии и др.

А.И. Колпашников рекомендует выбирать рабочие жидкости и смазочные материалы в зависимости от температуры нагрева и достигаемых давлений жидкостей в контейнере. На качество изделий весьма влияет состояние поверхности заготовок, которое должно обеспечивать достаточную адгезию смазочных материалов с металлом. Рекомендуется проводить подготовку поверхности заготовки, включающую очистку и обезжиривание, нанесение пластического металлического покрытия и добавление смазочных материалов (в виде присадки к рабочим жидкостям или покрытия поверхности суспензиями с последующей сушкой, а иногда и пастами). Пластические покрытия наносят химическим, гальваническим способами или посредством погружения заготовки в расплав. Вид покрытия выбирают в соответствии с физико-механическими свойствами выдавливаемой заготовки. Так, для малоуглеродистых сталей лучше применять омеднение, для высоко углеродистых - фосфатирование или цинкование, для нержавеющих сталей и титана - фосфатирование и покрытие из фторопласта и пр. Для реализации процесса гидропрессования используют специализированное оборудование, а также серийные гидравлические и механические прессы. При использовании имеющихся прессов изготавливают специальные приставки. Для вертикальных прессов применяют установки с одинарным и сдвоенным вертикальными контейнерами и с двумя контейнерами, расположенными под углом. Для горизонтальных прессов применяют установки с одинарным и сдвоенным горизонтальными контейнерами. Наибольшее распространение получили вертикальные установки с одним контейнером.

На рисунке 14 показана схема специализированного пресса фирмы «Kobe Steel». В состав пресса входит рабочий контейнер З для размещения заготовки 2 и матрицы / и контейнер давления 5 для получения высокого давления рабочей жидкости за счет ее сдавливания плунжером 6. Поперечина 4 служит для сообщения полостей контейнеров 3 и 5. На прессе предусмотрены механизированные смена матриц, загрузка заготовок, обрезка пресс-изделия и заполнение рабочей жидкостью.

Для запирания матрицы в момент вывода из нее заготовки с целью предотвращения «выстрела» предусмотрена конусная проб ка-заглушка.

Недостатки гидропрессования:

- существенные затраты при подготовке формы и поверхности заготовки;

- большой расход смазочной жидкости;

- необходимость применения многослойных предварительно напряженных контейнеров;

Рисунок 14 - Схема пресса «kobe steel» (Япония) для гидропрессования

- значительная стоимость специализированных машин и инструмента;

- значительная скорость выталкивания пресс-изделия в результате «сжимаемости» жидкости, что вызывает необходимость в устройстве специальных тормозов, исключающих смятие изделия.

4. Моделирование процесса прессования медного чехла

4.1 Методы конечно-элементного моделирования процессов ОМД на базе программного комплекса DEFORM - 3D

DEFORM-3D - мощная система моделирования технологических процессов, предназначенная для анализа трехмерного (3D) поведения металла при различных процессах обработки давлением. DEFORM-3D предоставляет важную информацию о течении материала в штампе и распределении температур во время процесса деформирования.

DEFORM-3D позволяет моделировать такие процессы как: ковка, горячая, полугорячая и холодная штамповка, прессование, прокатка, вытяжка и многие другие процессы.

DEFORM-3D имеет простой и удобный русифицированный Windows-интерфейс, не требующий длительного изучения. Специальные шаблоны облегчают новичкам работу с системой и помогают быстро задавать несложные процессы и запускать их на счет.

DEFORM-3D основан на методе конечных элементов, одном из самых известных, надежных и применяемых в настоящее время расчетных методов.

Автоматический сеточный генератор DEFORM-3D строит оптимизированную конечно-элементную сетку, сгущая её в наиболее критичных зонах. Благодаря этому с системой могут работать даже пользователи без опыта работы с конечно-элементными системами. Кроме того, пользователь имеет возможность самостоятельно настраивать плотность сетки, распределение ее элементов по сечению и параметры ее автоматического перестроения.

DEFORM-3D позволяет решать задачи деформирования, теплопередачи, а также разделительные операции, такие как вырубка и пробивка. Дополнительно к этому есть возможность подключения модуля DEFORM-HT, что позволяет моделировать всю технологическую цепочку, начиная с разделительных заготовительных операций, операции нагрева заготовки, формообразующих операций и заканчивая операциями окончательной термической обработки.

Операции, моделируемые в DEFORM - 3D:

· Ковка

· Выдавливание

· Протяжка

· Механообработка

· Высадка

· Прессование

· Прокатка

· Вытяжка

· Осадка

Основные преимущества DEFORM:

- универсальность - программа позволяет моделировать широкий круг технологических процессов, применяемых на производстве;

- совместимость с большинством программных пакетов для создания геометрических моделей и генерации конечно-элементной сетки;

- большие возможности по самостоятельной генерации конечно-элементной сетки;

- возможность использования различных моделей пластичности материала;

- большая база данных по характеристикам материалов и кузнечно-прессового оборудования, а так же широкие возможности по их редактированию и добавлению;

- возможность моделирования различных условий трения между заготовкой и инструментом;

- простой и удобный интерфейс.

4.2 Проектирование конфигурации обрабатываемого тела и инструмента, программный комплекс SolidWork

Программный комплекс SolidWorks предназначен для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства изделий любой степени сложности и назначения. Специализированные модули программного комплекса решают задачи на этапе производства и эксплуатации.

Система управления инженерными данными SolidWorks Enterprise PDM (SWE-PDM) в составе программного комплекса SolidWorks позволяет сформировать единое информационное пространство предприятия, обеспечивая коллективную (параллельную) разработку изделия и технологий изготовления, управление архивной документацией, повторное использование наработок, автоматизацию бизнес-процессов, подготовку данных для системы управления ресурсами предприятия и многое другое.

Решение масштабируется от небольших инновационных компаний до крупных корпораций и концернов.

Ядром системы являются базовые конфигурации: SolidWorks Standard, SolidWorks Professional и SolidWorks Premium, ставшие де-факто стандартом автоматизированного проектирования во всем мире. Выбирая SolidWorks, предприятие получает лицензии на использование уникальных технологий трехмерного проектирования, позволяющие спроектировать и вывести на рынок инновационную продукцию в кратчайшие сроки и значительно повысить конкурентоспособность предприятия, а также увеличить капитализацию компании.

Решаемые задачи на этапе конструкторской подготовки производства (КПП):

· 3D проектирование изделий (деталей и сборок) любой степени сложности с учетом специфики изготовления (базовые конфигурации SolidWorks).

· Создание конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТ (базовые конфигурации SolidWorks, DraftSight, SWR-Спецификация).

· Дизайн (базовые конфигурации SolidWorks).

· Реверсивный инжиниринг (SolidWorks Premium).

· Проектирование коммуникаций (электрожгуты и объемный монтаж - SolidWorks Premium, SWR-Электрика; трубопроводы - SolidWorks Premium, SolidWorks Routing, Smap 3D).

· Инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача, частотный анализ, линейное и нелинейное приближение - SolidWorks Simulation; динамика механизмов - SolidWorks Motion; газо / гидродинамика - SolidWorks Flow Simulation; оптика и светотехника - OptisWorks).

· Анализ размерных цепей (SolidWorks Premium, CETOL 6?).

· Подготовка данных для ИЭТР (базовые конфигурации SolidWorks, 3DVIA).

Решаемые задачи на этапе технологической подготовки производства (ТПП):

· Анализ технологичности конструкции изделия (базовые конфигурации SolidWorks, DFMXpress/DFMProfessional).

· Анализ технологичности процессов изготовления (литье пластмасс - SimpoeWorks, анализ процессов штамповки - BlankWorks/FastForm).

· Разработка технологических процессов по ЕСТД, включая материальное и трудовое нормирование (SWR-Технология).

· Проектирование оснастки и прочих средств технологического оснащения (базовые конфигурации SolidWorks, MoldWorks, ElectrodeWorks, Logopress и др.).

· Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ.

4.3 Условия моделирования, настройка параметров процесса прессования медного чехла

Прежде всего в программе SW создается эскиз желаемой детали. Он выполняется строго по размерам, так как в дальнейшем будет определяться объем заготовки и проводится вычисления. По эскизу строится объемная деталь заготовки, необходимая для вычисления объема.

По эскизу также же, как и объемная деталь, строится инструмент, а именно контейнер и пресс-штемпель, необходимые для предания конечной формы прессуемой цилиндрической заготовки.

После того как все, необходимые для проведения операции, элементы построены, начинается «сборка». Заключается она в правильном сопряжении элементов по таким параметрам как, например: соосность; цилиндричность; параллельность; перпендикулярность; касательность и др.

Для исследования распределения толщины, степени деформации, скорости деформации и напряжения использовали функцию «трассировки точек». Эта функция позволяет получить все данные для любых выбранных точек в объеме оболочки в любой момент времени. Эти данные можно записать в файл выходных данных и анализировать отдельно, например в электронных таблицах Excel.

Выводы

В данной работе проведен:

Расчет контейнера на прочность, в результате которого было определено, чтоконтейнер является работоспособным, поскольку напряжение по сечению втулки равно 130 МПа и оно не превосходит величины допустимого.

Так же было проведено моделирование процесса получения медного чехла для сверхпроводящего кабеля с помощью программы Deform-3d, и по результатам эксперимента был сделан вывод, что труба полученная данным способом прочес производства медного чехла более экономичен, так как:

- высокое гидростатическое давление существенно повышает пластические свойства металлов и сплавов в процессе обработки;

- в этом процессе обеспечивается наибольшее по сравнению с другими способами прессования уменьшение технологической неравномерности деформации;

- при гидропрессовании уменьшается удельное усилие из-за уменьшения влияния сил трения;

- значительно снижается усилие прессования, процесс идет достаточно стабильно;

- возможность проводить операцию прессования материалов с минимальными углами матричной воронки, это позволяет минимизировать концевые отходы и увеличить коэффициент использования дорогостоящих компонентов.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что при производстве медного чехла для сверхпроводящего кабеля обычное прессование целесообразно заменить гидропрессованием

сверхпроводимость прессование моделирование чехол

Список источников

1 Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. - 4-е изд. - М.: «Машиностроение», 1977.

2 Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973.

3 Колпашников А.И., Вялов В.А.М., Гидропрессование металлов. «Металлургия», 1973.

4 ГОСТ 23869-79. Материалы сверхпроводящие. Термины и определения. - Переизд. Июнь 2005 с изм. 1. - М.: Стандартинформ, 2005.

5 ГОСТ 859-2001. Медь. Марки. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.

6 ГОСТ 1173-2006. Фольга, ленты, листы и плиты медные. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2006.

7 Перлин И.П., Райнтбарг П.Х. Теория прессования металлов. - М.: Металлургия, 1975.

8 Щерба В.Н. Прессование. - М.: «Интермет Инжиниринг», 2001.

9 Сорокин В.Г., Волосникова А.В Марочник сталей и сплавов. - М.: Машиностроение, 1989.

Размещено на Allbest.ru