Регистрация
Научная социальная сеть ученых-информационный исследовательский журнал о науке: публикацией статей, форум обсуждения

Категории


Технология литья намораживанием тонкостенных крупногабаритных пространственных отливок из алюминиевого сплава

Название проекта – «Технология литья намораживанием тонкостенных пространственных отливок транспортных средств из алюминиевого сплава» - соискателя Осипова А.Ф. Направление, к которому относится проект - Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка инновационных энергетических технологий.


Проблема, на которую направлен проект. Кузов легкового автомобиля из плоского проката малоуглеродистой стали имеет большую массу, и имеющая масса автомобиля оказывает значительное влияние на его эксплуатацию и экономичность, на сопротивление качению и динамичность, на способность преодолевать подъем. Кузова легковых автомобилей большинство изготавливаются из тонколистового холоднокатаного прока малоуглеродистой стали толщиной от 0,8 – 2,2 мм.


Энергозатраты изготовления штампованных деталей кузова из тонколистового холоднокатаного прока малоуглеродистой стали выше, чем литье из сплава алюминия или магния, что подтверждается проведенными экономическими исследованиями. Для получения тонколистового холоднокатаного прока из малоуглеродистой стали знергитические затраты следующие, получить чугун из руды, затем малоуглеродистую сталь, после плоский горячий прокат с отжигом, из отожженного горячего проката плоский холодный прокат малоуглеродистой стали, затем отжиг после холодного проката в печах с непрерывным отжигом или в колпаках - для лучшей штампуемости, и наконец, вырубка заготовок - штамповка. Средний коэффициент использования материалов (КИМ) штампуемых деталей кузова 0,55.


Предлагаемая технология литья намораживнием крупногабаритных пространственных отливок из алюминиевого сплава для деталей кузова автомобиля имеет энергетические затраты на получение алюминия из глинозема, далее отливка детали кузова автомобиля, КИМ 0,95 (без учета выгори сплава) При этом, не учитываются энергозатраты на логистику технологического процесса получения тонколистовой малоуглеродистой стали, пакетирования и транспортировку отходов на металлургический комбинат. Предлагаемая технология имеет рециркулируемость и она энергоэффегтивна и дешевле по сравнению технологией листовой штамповки. Проведены экономические исследования по сравнению цены технологии формовки 1 кг материала детали (отливки). Цена штамповки 1 кг из автолиста из стали 08Ю равна 29,36 руб., цена литьё 1 кг под давлением в пресс-форму из алюминиевого сплава равна 11,29 руб. Данные для расчета цены взяты на ВАЗе по имеющей технологии в металлургическом производстве на ВАЗе в 2010 году.


Цена технологии литья 1 кг материала алюминия под давлением в пресс-форму по сравнению с технологией штамповки 1 кг стального проката дешевле в 2,6 раза (минимальная допускаемая толщина при имеющей технология на ВАЗе не менее 3 мм без ребер). В настоящее время большинство автомобильных фирм для изготовления алюминиевых деталей для производства автомобиля используются следующие технологии: литьё, ковка, листовая штамповка и сверхпластическое формирование воздухом или жестким пуансоном. Инновационный проект использует известные и малоиспользуемые технологии в технике. Это жидкая штамповка, литьё погружением в расплав алюминия и литьё намораживанием (три процесса технологии литья используются в одном процессе технологии литья отливки). Которая близка по формовке отливки к литью под давление в пресс-форму деталей среднего габарита и с высоким КИМ, но с допускаемой минимальной толщиной не менее 0,8 -1,2 мм.


Основной аспект применения материалов для деталей кузова легкового автомобиля с пониженным удельным весом это снижение веса кузова без потери жесткости конструкции и прочности, долговечности, безопасности. Например, получить отливку с различной толщиной в местах требуемой прочности, жесткости и долговечности, вместо более сотни штампуемых деталей из автолиста для основания кузова легкового автомобиля достаточно отлить не более 12 отливок ( 1 -рамка радиатора с поперечиной и панелью, 2 и 3 - брызговик переднего крыла с лонжероном и опорой подвески правый и левый, 4 -щиток передка, 5 -панель пола передний с лонжеронными и с поперечинами пола, 6 –панель пола средняя, 7 – каркас заднего пола, 8 – панель пола задняя, 9 и 10 – опора пружины задней подвески с аркой заднего колеса, 11 – панель задка с поперечиной). И самый важный аспект в настоящее время – снижение удельного расхода топлива. А как следствие, снижение СО2 согласно требованиям по охране окружающей среды автомобиль становится более безопасным.. Удельный расход топлива зависит от уровня совершенствования двигателя, трансмиссии автомобиля, но главная зависимость это снижение инерционных масс всех видов движения. Следовательно, требуется снижение веса сборочных узлов автомобиля имеющих большую массу. Это кузов, диски колес, двигатель, подвеска в сборе, сидения.


Снижение удельного расхода топлива является второй производной эффективности энергозатрат. Таким образом, предлагаемая технология литья намораживанием пространственных отливок транспортных средств более энергоэффективная по сравнению технологии холодной листовой штамповки и экономичная за счет снижения удельного веса применяемого материала для производства автомобиля, за счет высокого коэффициента использования материала (КИМ) при производстве автомобиля и за счет снижения цены технологии. Проект предлагает инновационную технологию литья из алюминиевого сплава деталей кузова автомобиля, который состоит из технологии литья погружением в расплав формы литья, формовка отливок методом литья жидкой штамповкой непосредственно в расплаве, а кристаллизация отливки методом литья намораживанием, сверху вниз. Подача жидкого сплава в форму (матрицу) делается погружением штампа в ванну с расплавом, расплав заливается через края матрицы и формуется пуансоном за счет вытеснения сплава из матрицы до полного смыкания пуансона с матрицей. Расплав алюминия остается только в зазорах между матрицей и пуансоном, величина зазора определяет толщину отформованной отливки детали кузова транспортных средств. Инновационность проекта в следующем: использование трёх технологических процессов литья отливки в одном технологическом процессе литья отливки; применение в предлагаемом технологическом процессе литья отливки это формующий пуансон с податливой формой к внутренним остаточным напряжениям, то есть при кристаллизации и усадке при остывании за счет податливой формы пуансона в отливке происходит релаксация напряжений, которая также способствует съёму отливки детали с этого пуансона. Легкий кузов – залог экологического автомобиля. Мы живём на Земле, в мире, в котором действуют законы природы. Современное человечество старается стабилизировать эти законы природы, призывает, государства бережливо относиться к окружающей его среде.


Так в ноябре 2015 года в Париже ООН провела климатическую конференцию. Саммит – обязывающий выполнять соглашения по сокращению выбросов «парниковых газов», где выступил президент РФ Путин В.В.: «Россия продолжит вносить вклад в совместные усилия по предотвращению глобального потепления. К 2030 году рассчитываем уменьшить выбросы парникового газа до 70% от базового уровня 1990-го года. Будем добиваться этого за счет прорывных решений в сфере энергосбережения, в том числе за счет новых нанотехнологий. Так, например, в России разработана технология использования добавок на основе углеродных нанотрубок. По оценкам экспертов, применение этой технологии только в России снизит эмиссию углекислого газа к 2030-му году на 160–180 млн. тонн». С добавлением в расплав алюминия углеродных нанотрубок менее 0,01% отливка становится по механическим характеристикам на уровне титана. Одна из передовых мировых разработок – производство алюминиевого металла с использованием инертного анода. Эта уникальная революционная технология позволит алюминщикам отказаться от использования угольных анодов. Инертный анод, упрощенно говоря, вечен, но что самое важное – при его использовании в атмосферу выделяется не углекислый газ, а чистейший кислород. Причем 1 электролизная ванна сможет вырабатывать столько же кислорода, сколько 70 га леса. Пока эта технология секретна и проходит промышленные испытания, но кто знает – может быть, в будущем она сделает из алюминиевой промышленности еще одни легкие нашей планеты aluminiumleader.ru/production/how_aluminium_is_produced/.


Таким образом, производство алюминиевого металла становится экологическим, чем производство стального холодного прокат автолиста. Предлагаемый проект несет энергоэффективность и энергосбережение.


Пуансон для жидкой штамповки


Изобретатель СССР, к.т.н. Алексей Осипов конт. тел. 89649757139; E-mail: osiaf@mail.ru Пуансон для жидкой штамповки Патент ПМ 165 940 Пуансон для жидкой штамповки (заявка ПМ 2015136617 № патента 165940) Пуансон для жидкой штамповки относится к металлургическому производству литья, в частности к литью из алюминиевого сплава. Известно, что после остывания крупногабаритной тонкостенной алюминиевой отливки происходит объемная усадка, которая равна утроенной линейной усадке, линейная усадка алюминиевого сплава равна 0,9 – 1,5 % (Coogle: www.engineer. bmstu. ru/res/basetech/6/htmi/fondru.htm). Известен способ, в котором в зависимости от конфигурации отливки кокиль изготавливают с одним или несколькими разъёмами, плоскость разъёма кокиля могут быть вертикальными, горизонтальными или комбинированными и неразъемными, сплав заполняет между полостью кокиля и стержнем образуя отливку, после затвердевания отливки кокиль раскрывают и из него выталкивается готовая отливка (А.М. Дальский и др. «Технология конструкционных материалов», Москва «машиностроение» 1977, учебник для вузов, стр. 249 последний абзац и стр. 250 первый абзац).


Недостатком известного способа является, что применить его не возможно для снятия с формы крупногабаритной тонкостенной алюминиевой отливки после остывания, так как большинство формы отливок деталей автомобильного кузова и навесных деталей коробчатой формы и тонкостенные. Литьё в кокиль позволяет лить качественные отливки толщиной не менее 3мм. Усадка в отливках из алюминиевого сплава в габаритных тонкостенных отливках проявляется в коробление и трещинах, которые заключаются в изменение формы и размеров отливки под влиянием усадочных напряжений, возникающих при охлаждении. Ю.А. «Степанов и др. Специальные виды литья», издательство «машиностроение». Москва1970г. Смотрите раздел: «Литьё выжиманием». Отливки получаются без трещин при литье намораживанием. При этом геометрия отливки получается - жидкой штамповкой непосредственно в расплаве из сплава алюминия, но ее невозможно снять с формы без разрушения, из-за высоких напряжений от усадки в теле тонкостенной крупногабаритной отливки, которые обтягивают форму с большой силой (startupsamara/Bases/Projects/Display?projectid=61f863c5-7b38-4575-a0d3-39ba94b1065a), кликнем «АНКЕТА ПРОЕКТА». Причина этого вида брака (разрушение при съёме), недостаточная податливость формы, в нашем случае пуансона ( Тот же учебник для вузов, стр. 263, второй абзац сверху). Известна, бумага высокотемпературная огнеупорная нетканая бумага из керамического волокна производится по специальной технологии, которая обеспечивает высокую механическую прочность, однородность структуры, гибкость, гладкую поверхность, большой диапазон размеров при низкой теплопроводности. Преимущества: гибкость и эластичность; малая плотность (пружинение); устойчивость к термоударам и теплосменам; низкая теплопроводность; точность типоразмеров; простота при монтаже и резке. Применение: теплоизоляционные прокладки (стыков, соединений); компенсационные температурные швы; теплоизоляция в стальковшах, изложницах; изоляция индукционных электропечей; противопожарная защита; электроизоляционные прокладки. www.unihim.by/bumaga_keramic# Задачей подаваемого технического решения является, изменение объёма формы, то есть, сделать податливость формы (в нашем случае пуансона) во время кристаллизации и остывания. А также, убрать или значительно уменьшить усадочные напряжения в стенки отливки влияющих на обтягивающие силы и как следствие образования трещин и затруднительный съём отливки с пуансона.


Сущность заявляемой полезной модели в том, что пуансон (форма) включает в себя следующее, разрезается по вертикали, в центрально точке по взаимно перпендикулярно плоскостям или под требующим углом в зависимости от образующей формы пуансона по периметру, и по горизонтали в месте половинной высоты пуансона. Разрезанные плоскости частей пуансона фрезеруются на величину шестикратной линейной усадки от линейного размера штампуемой отливки, для выполнения пружинения от усадки вложены стопки бумаги из керамиковолокна во время кристаллизации и остывания отливки. Отфрезерованные части пуансона имеют подвижное штифтовое соединение при температуре 700оС. И ограничители движения по штифту в виде резьбы с гайкой на одном конце. На другом конце штифта упор движущихся частей пуансона с сопрягающими плоскостями через набивки стопки бумаги для пружинения усадки во время кристаллизации и остывания отштампованной отливки. После сборки всех частей пуансона, за счет пружинения бумаги из керамоволокна пуансон регулируется и фиксируется на требуемый размер по чертежу за счет резьбы и гайки на штифте. Отверстия в частях пуансона от упора и регулировочной гайки штифта закрываются заглушками заподлицо поверхности части пуансона. Зазоры закрываются по периметру пуансона со вставленным керамоволокном между частями пуансона, к одной из частей пуансона крепится стальная шторка толщиной 0,15 мм, винтами подтай, шторка перекрывает зазор на ? её ширины и прилегает плотно к подвижной части пуансона для непопадания в зазор расплава. Контактирующие части шторки заостренна под углом не более 10о и смазана высокотемпературной консистентной смазкой «Бентол П марка МВ-3, для снижения сопротивления силы усадки и движения частей пуансона. Также, при нажатии со значительным усилием (10 – 15 кг) на одну из частей пуансона, бумага из керамоволокна сжимается.


Пуансон готов к литью. Опускают матрицу в ванную с расплавом сплава алюминия, матрица заполняется расплавом, затем опускают пуансон до полного смыкания с матрицей в расплаве, закрытый расплав в зазоре межу матрицей и пуансоном ( зазор на величину толщины отливки толщина крупногабаритных тонкостенных отливок деталей кузова и его навесных деталей колеблется от 1 до 2.2мм), медленно поднимается для направленной кристаллизации с верху вниз (литьё намораживанием). Во время кристаллизации и остывания напряжения от усадки сжимают керамоволокна и уровнавешиваются за счет пружинения керамоволокна. После полного подъёма штампа из расплава, штамп с отливкой охлаждается определенное время и затем раскрывается, и отливка легко снимается с пуансона. Технический результат подаваемого технического решения заключается в следующем - убрать или значительно уменьшить усадочные напряжения в стенки отливки влияющих на обтягивающие силы и как следствие образования трещин и затруднительный съём отливки с пуансона. Экономический расчет по стоимости материала с применением технического решения для изготовления детали 1118-5107122-00 «ниша запасного колеса» из алюминиевого расплава жидкой штамповкой. Данные для расчета 2010г. Fe Al Материал ГЦ БТ 0,86 ?960 ОСВ – 01ЮТ АК12 Цена 1 кг материала ~ 28,901 руб. ~70 руб. Норма расхода 6,292 кг 1,957 кг ( с учетом коффиц. жесткости = 1,2) Вес детали 4,48 кг 1,86 КИМ 0,712 0,95 Цеховая себестоимость 245,15 руб Применяемость 1 шт 1 шт Стоимость материала для изготовления 1 шт. детали из стали 181,84 руб. Стоимость материала для изготовления 1 шт. детали из алюминия 137 руб. Экономия по стоимости материала 44,84 руб. Экономия на годовую программу выпуска автомобилей 200 000 шт. 8 968 000 руб. Снижение веса автомобиля 2,62 кг. Фрмула Пуансон для жидкой штамповки характеризующийся тем, что он включает в себя следующее, разрезается по вертикали, в центрально точке по взаимно перпендикулярно плоскостям или под требующим углом в зависимости от образующей формы пуансона по периметру, и по горизонтали в месте половинной высоты пуансона, разрезанные плоскости частей пуансона фрезеруются на величину не менее шестикратной линейной усадки от линейного размера штампуемой отливки для выполнения пружинения от усадки вложены стопки бумаги из керамиковолокна во время кристаллизации и остывания отливки, отфрезерованные части пуансона имеют подвижное штифтовое соединение при температуре 700оС и ограничители движения по штифту в виде резьбы с гайкой на одном конце, а на другом конце штифта упор движущихся частей пуансона с сопрягающими плоскостями через набивки стопки бумаги для пружинения усадки во время кристаллизации и остывания отштампованной отливки, после сборки всех частей пуансона, за счет пружинения бумаги из керамоволокна, пуансон регулируется и фиксируется на требуемый размер по чертежу за счет резьбы и гайки на штифте, отверстия в частях пуансона от упора и регулировочной гайки штифта закрываются заглушками заподлицо поверхности части пуансона, зазоры закрываются по периметру пуансона со вставленным керамоволокном между частями пуансона шторкой, к одной из частей пуансона крепится стальная шторка толщиной 0,15 мм, винтами подтай, шторка перекрывает зазор на ? её ширины и прилегает плотно к подвижной части пуансона для непопадания в зазор расплава (за счет низкой текучести расплпва), контактирующие части шторки заостренна под углом не более 10о и смазана высокотемпературной консистентной смазкой «Бентол П» марка МВ-3, для снижения сопротивления силы усадки и движения частей пуансона, также, при нажатии со значительным усилием (10 – 15 кг) на одну из частей пуансона, бумага из керамоволокна сжимается. Реферат Пуансон для жидкой штамповки относится к металлургическому производству литья, в частности к литью из алюминиевого сплава. Задачей подаваемого технического решения является, изменение объёма формы, то есть, сделать податливость формы (в нашем случае пуансона) во время кристаллизации и остывания. Технический результат подаваемого технического решения заключается в следующем - убрать или значительно уменьшить усадочные напряжения в стенки отливки влияющих на обтягивающие силы и как следствие образования трещин и затруднительный съём отливки с пуансона.


Пуансон состоит из несколько частей по всему объему, между плоскостями разрезанных частей для выполнения пружинения от усадки вложены стопки бумаги из керамиковолокна во время кристаллизации и остывания, отливки отфрезерованные части пуансона имеют подвижное штифтовое соединение при температуре 700оС и ограничители движения по штифту в виде резьбы с гайкой на одном конце, а на другом конце штифта упор движущихся частей пуансона с сопрягающими плоскостями через набивки стопки бумаги для пружинения усадки во время кристаллизации и остывания отштампованной отливки, после сборки всех частей пуансона, за счет пружинения бумаги из керамоволокна, пуансон регулируется и фиксируется на требуемый размер по чертежу.

Вызов Captcha
Перезагрузить изображение
Введите код подтверждения, указанный выше