PL237781B1 - Sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego - Google Patents

Abstract

Sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego polega na tym, że wkładki matrycowe górną (1) i dolną (3) posiadające w części środkowej wykroje robocze (1a i 3a) montuje się do płyt oporowych górnej (11) i dolnej (9) w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej o nacisku 3000 kN i nagrzewa się przy użyciu palników gazowych do temperatury 300°C, po czym materiał wsadowy w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 400 - 430°C, korzystnie 420°C, w czasie do 45 minut, następnie nagrzany materiał wsadowy umieszcza się w wykroju roboczym (3a) wkładki matrycowej dolnej (3), po czym naciska się prasą hydrauliczną płytę oporową górną (11) posiadającą dwa jednakowe okrągłe przelotowe otwory prowadzące za pomocą dwóch jednakowych kołków prowadzących (10) znajdujących się na płycie oporowej dolnej i wprawia się wkładkę matrycową górną (1) przyrządu kuźniczego w ruch postępowy w dół z prędkością do 15 mm/s w kierunku wkładki matrycowej dolnej (3) i zgniata się materiał wsadowy wykrojem roboczym (1a) wkładki matrycowej górnej (1) i wykrojem roboczym (3a) wkładki matrycowej dolnej (3) i kształtuje się półfabrykat (2b) z mniejszym stopniem przekucia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego.

Dotychczas znane i stosowane są metody wytwarzania mocowań lotniczych z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk takie jak: kucie matrycowe, odlewanie, obróbka skrawaniem.

Najlepsze własności mechaniczne i użytkowe mocowań stosowanych w przemyśle lotniczym zapewniają procesy obróbki plastycznej opisane w literaturze J. Sińczak „Procesy przeróbki plastycznej”, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2003 r. Przykładem jest kucie matrycowe mocowań lotniczych opisane w literaturze specjalistycznej przez A. Gontarza, K. Drozdowskiego, A. Dziubińską, G. Winiarskiego „Opracowanie technologii kucia matrycowego odkuwek lotniczych ze stopu magnezu AZ61A na prasie śrubowej”, Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 2018, vol. 90, nr 3. Przy tej metodzie występują ograniczenia w zastosowaniu, gdyż trudne jest wytwarzanie mocowań lotniczych z mniej plastycznych stopów magnezu. W przypadku kucia matrycowego mocowań ze stopów magnezu mniej plastycznych stosuje się wsad w kształcie walca w stanie przerobionym plastycznie - wyciskanym. Proces prowadzi się wieloetapowo z dużym naddatkiem na wypływkę, ok. 50% masy odkuwki stanowi odpad technologiczny, w kilku operacjach kuźniczych i wielokrotnym nagrzewaniem. Do kucia matrycowego mocowań lotniczych z mniej plastycznych stopów magnezu istnieje konieczność wykonania dodatkowych matryc pomocniczych do kucia wstępnego. Proces wytwórczy obejmuje następujące etapy według podanej kolejności:

- cięcie materiału przeznaczonego do przeróbki plastycznej na wymiar,

- nagrzewanie materiału,

- kontrola międzyoperacyjna po sekwencji operacji związanych z cięciem,

- kształtowanie przedkuwki,

- kontrola międzyoperacyjna po sekwencji operacji związanych z kształtowaniem przedkuwki, - trawienie,

- usuwanie wad,

- trawienie,

- nagrzewanie przedkuwki,

- kucie wstępne z niedokuciem w wykroju matrycującym,

- kontrola międzyoperacyjna po sekwencji operacji związanych z kuciem wstępnym,

- usuwanie wypływki,

- trawienie,

- usuwanie wad,

- trawienie,

- kucie końcowe w wykroju matrycującym,

- kontrola międzyoperacyjna po sekwencji operacji związanych z kuciem końcowym,

- okrawanie wypływki,

- trawienie,

- obróbka cieplna,

- trawienie,

- usuwanie wad,

- trawienie,

- cechowanie i przygotowanie do kontroli ostatecznej,

- kontrola ostateczna.

Powyższa metoda kucia matrycowego mocowań lotniczych z mniej plastycznych stopów magnezu charakteryzuje się dużą materiałochłonnością, pracochłonnością, energochłonnością i małą wydajnością.

Wykonując mocowania lotnicze technologią odlewania otrzymuje się wyroby, które posiadają znacznie niższe własności mechaniczne i użytkowe niż elementy uzyskane metodami obróbki plastycznej przedstawione w literaturze F. Stachowicza „Przeróbka plastyczna”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000 r. Mocowania lotnicze odlewane posiadają wady odlewnicze takie jak: niejednorodność struktury, gruboziarnistość, pęcherze, porowatości, jamy skurczowe oraz rzadzizny, które wpływają na ich niższe właściwości.

PL 237 781 B1

Przy wytwarzaniu mocowań lotniczych z mniej plastycznych stopów magnezu stosowana jest technologia obróbki skrawaniem, którą opisano w literaturze W. Olszaka „Obróbka skrawaniem”, WNT, Warszawa 2008 r. i literaturze A. Dziubińska, A. Gontarz „Kucie odkuwek użebrowanych ze stopów magnezu, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2016. Obróbka skrawaniem mocowań magnezowych polega na nadaniu powierzchniom żądanego kształtu, wymiarów oraz jakości powierzchni poprzez usuwanie materiału z wsadu w postaci prostopadłościanu lub walca przy użyciu narzędzi skrawających. Technologia ta odznacza się dużą pracochłonnością, czasochłonnością, energochłonnością procesu i generowaniem dużych strat materiałowych oraz niską jakością ukształtowanych wyrobów.

Celem wynalazku jest ukształtowanie odkuwki mocowania lotniczego z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk w jednej operacji kucia w wykroju wykańczającym w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej przy zastosowaniu niedrogich sposobów grzania wkładek matrycowych - przy użyciu palników gazowych.

Istotą sposobu kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego według wynalazku jest to, że wkładki matrycowe górną i dolną posiadające w części środkowej wykroje robocze montuje się do płyt oporowych górnej i dolnej w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej o nacisku 3000 kN i nagrzewa się przy użyciu palników gazowych do temperatury 300°C. Po czym materiał wsadowy w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 400-430°C, korzystnie 420°C, w czasie do 45 minut. Następnie nagrzany materiał wsadowy umieszcza się w wykroju roboczym wkładki matrycowej dolnej. Po czym naciska się prasą hydrauliczną płytę oporową górną posiadającą dwa jednakowe okrągłe przelotowe otwory prowadzące za pomocą dwóch jednakowych kołków prowadzących znajdujących się na płycie oporowej dolnej i wprawia się wkładkę matrycową górną przyrządu kuźniczego w ruch postępowy w dół z prędkością do 15 mm/s w kierunku wkładki matrycowej dolnej i zgniata się materiał wsadowy wykrojem roboczym wkładki matrycowej górnej i wykrojem roboczym wkładki matrycowej dolnej i kształtuje się półfabrykat z mniejszym stopniem przekucia. Materiał wsadowy posiada podstawę o grubości 14 mm, na której krótszych bokach znajdują się dwa występy o grubości 42,5 mm każdy oddalone od siebie o 102 mm. Jeden występ posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 19,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 17 mm rozmieszczone promieniowo co 120°. Drugi występ posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 23,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 11,8 mm rozmieszczone promieniowo co 120°. Podstawa materiału wsadowego ma dłuższe boki o zarysie falistym. Na krótszym boku podstawy od strony jednego występu znajduje się wklęśnięcie o promieniu zaokrąglenia 50,8 mm, które na obu końcach łączy się liniami prostymi z dłuższymi bokami podstawy o zarysie falistym. Na krótszym boku podstawy od strony drugiego występu znajduje się zaokrąglona wypukłość o promieniu 13,2 mm, która łączy się z dłuższymi bokami podstawy o zarysie falistym.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że zastosowanie do procesu kucia dokładnego wymiarowo wsadu w postaci przedkuwki kształtowej odlewanej pozwala na oszczędności materiału w granicach 40% w stosunku do obecnie stosowanej w przemyśle technologii kucia matrycowego z wsadu przerobionego plastycznie. Dodatkowo daje możliwość uzyskania dokładniejszych kształtów odkuwek bez nadmiernej wypływki, co wpływa korzystnie na ograniczenie odpadów technologicznych w stosunku do dotychczas stosowanej technologii kucia matrycowego i obróbki skrawaniem.

Zastosowanie gotowej przedkuwki odlewanej do procesu kucia odkuwki mocowania lotniczego z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk pozwala ograniczyć ilość i czas operacji potrzebnych do uzyskania odkuwki oraz wpływa na wzrost wydajności i zmniejszenie pracochłonności procesu.

Wynikiem sposobu kucia według wynalazku jest ukształtowanie wyrobów z mniejszym stopniem przekucia, które charakteryzują się lepszą jakością wynikającą z częściowego rozdrobnienia struktury, dużą gładkością powierzchni, co przekłada się na lepsze własności mechaniczne i użytkowe w stosunku do wyrobów wykonywanych tylko z odlewów.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok przyrządu kuźniczego z wkładkami matrycowymi i materiałem wsadowym, fig. 2 - widok przyrządu kuźniczego z wkładkami matrycowymi z półfabrykatem, fig. 3a - widok z góry materiału wsadowego, fig. 3b - widok z dołu materiału wsadowego, fig. 3c - przekrój wzdłużny materiału wsadowego, 3d - rzut z dołu materiału wsadowego, fig. 4a - widok z góry półfabrykatu, fig. 4b - widok z dołu półfabrykatu.

PL 237 781 B1

Do kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego wykorzystano w przykładach pierwszym i drugim materiał wsadowy 2a posiadający podstawę 4 o grubości 14 mm, na której krótszych bokach znajdują się dwa występy 5 i 6 o grubości 42,5 mm każdy oddalone od siebie o 102 mm. Występ 5 posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 19,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 17 mm rozmieszczone promieniowo co 120°. Występ 6 posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 23,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 11,8 mm rozmieszczone promieniowo co 120°. Podstawa 4 materiału wsadowego 2a ma dłuższe boki o zarysie falistym. Na krótszym boku podstawy 4 od strony występu 5 znajduje się wklęśnięcie 7 o promieniu zaokrąglenia 50,8 mm, które na obu końcach łączy się liniami prostymi z dłuższymi bokami podstawy 4 o zarysie falistym, zaś na krótszym boku podstawy 4 od strony występu 6 znajduje się zaokrąglona wypukłość 8 o promieniu 13,2 mm, która łączy się z dłuższymi bokami podstawy 4 o zarysie falistym.

P r z y k ł a d 1

Sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego w pierwszym przykładzie wykonania dla stopu magnezu w gatunku AZ61 według normy amerykańskiej ASTM B951-10 polegał na tym, że wkładki matrycowe górną 1 i dolną 3 posiadające w części środkowej wykroje robocze 1a i 3a zamontowano do płyt oporowych górnej 11 i dolnej 9 w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej o nacisku 3000 kN i nagrzewano przy użyciu palników gazowych do temperatury 250°C. Po czym materiał wsadowy 2a w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych ze stopu magnezu AZ61 nagrzewano w piecu do temperatury 400°C w czasie 45 minut. Następnie nagrzany materiał wsadowy 2a umieszczono w wykroju roboczym 3a wkładki matrycowej dolnej 3. Po czym naciskano prasą hydrauliczną płytę oporową górną 11 posiadającą dwa okrągłe jednakowe przelotowe otwory prowadzące 12 za pomocą dwóch jednakowych kołków prowadzących 10, znajdujących się na płycie oporowej dolnej 9 i wprawiono wkładkę matrycową górną 1 przyrządu kuźniczego w ruch postępowy w dół z prędkością Vi, która wynosiła 15 mm/s w kierunku wkładki matrycowej dolnej 3. Poprzez oddziaływanie wykrojem roboczym 1a wkładki matrycowej górnej 1 i wykrojem roboczym 3a wkładki matrycowej dolnej 3 na materiał wsadowy 2a, zgniatano materiał wsadowy 2a i kształtowano półfabrykat 2b z mniejszym stopniem przekucia. Otrzymano półfabrykat o dobrych własnościach mechanicznych i użytkowych wynikających z korzystniejszej struktury ukształtowanego wyrobu.

P r z y k ł a d 2

Sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego w drugim przykładzie wykonania dla stopu magnezu w gatunku AZ91 według normy amerykańskiej ASTM B951-10 polegał na tym, że wkładki matrycowe górną 1 i dolną 3 posiadające w części środkowej wykroje robocze 1a i 3a zamontowano do płyt oporowych górnej 11 i dolnej 9 w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej o nacisku 3000 kN i nagrzewano przy użyciu palników gazowych do temperatury 300°C. Po czym materiał wsadowy 2a w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych ze stopu magnezu AZ91 nagrzewano w piecu do temperatury 420°C w czasie 40 minut. Następnie nagrzany materiał wsadowy 2a umieszczono w wykroju roboczym 3a wkładki matrycowej dolnej 3. Po czym naciskano prasą hydrauliczną płytę oporową górną 11 posiadającą dwa jednakowe okrągłe przelotowe otwory prowadzące 12 za pomocą dwóch jednakowych kołków prowadzących 10, znajdujących się na płycie oporowej dolnej 9 i wprawiono wkładkę matrycową górną 1 przyrządu kuźniczego w ruch postępowy w dół za pomocą kołków prowadzących 10 oraz otworów prowadzących 12 z prędkością Vi, która wynosiła 10 mm/s w kierunku wkładki matrycowej dolnej 3. Poprzez oddziaływanie wykrojem roboczym 1a wkładki matrycowej górnej 1 i wykrojem roboczym 3a wkładki matrycowej dolnej 3 na materiał wsadowy 2a, zgniatano materiał wsadowy 2a i kształtowano półfabrykat 2b z mniejszym stopniem przekucia. Otrzymano półfabrykat odznaczający się dobrą jakością powierzchni, co wynika z oddziaływania wkładek matrycowych na odkształcany materiał, które likwiduje porowatości i nieregularności powierzchni występujące przy odlewach.

PL 237 781 B1

Claims (3)

1. Sposób kucia półfabrykatu w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej, zwłaszcza do wytwarzania mocowania lotniczego znamienny tym, że wkładki matrycowe górną (1) i dolną (3) posiadające w części środkowej wykroje robocze (1a) i (3a) montuje się do płyt oporowych górnej (11) i dolnej (9) w przyrządzie kuźniczym na prasie hydraulicznej o nacisku 3000 kN i nagrzewa się przy użyciu palników gazowych do temperatury 300°C, po czym materiał wsadowy (2a) w kształcie przedkuwki kształtowej odlewanej w formach piaskowych z mniej plastycznych stopów magnezu z grupy magnez-aluminium-cynk nagrzewa się w piecu w zakresie temperatur 400-430°C, korzystnie 420°C, w czasie do 45 minut, następnie nagrzany materiał wsadowy (2a) umieszcza się w wykroju roboczym (3a) wkładki matrycowej dolnej (3), po czym naciska się prasą hydrauliczną płytę oporową górną (11) posiadającą dwa jednakowe okrągłe przelotowe otwory prowadzące (12) za pomocą dwóch jednakowych kołków prowadzących (10) znajdujących się na płycie oporowej dolnej (9) i wprawia się wkładkę matrycową górną (1) przyrządu kuźniczego w ruch postępowy w dół z prędkością (Vi) do 15 mm/s w kierunku wkładki matrycowej dolnej (3) i zgniata się materiał wsadowy (2a) wykrojem roboczym (1a) wkładki matrycowej górnej (1) i wykrojem roboczym (3a) wkładki matrycowej dolnej (3) i kształtuje się półfabrykat (2b) z mniejszym stopniem przekucia.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał wsadowy (2a) posiada podstawę (4) o grubości 14 mm, na której krótszych bokach znajdują się dwa występy (5) i (6) o grubości 42,5 mm każdy oddalone od siebie o 102 mm, przy czym występ (5) posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 19,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 17 mm rozmieszczone promieniowo co 120°, przy czym występ (6) posiada w części środkowej wklęśnięcie kuliste o promieniu 23,5 mm, które ma trzy jednakowe wystające na zewnątrz wklęśnięcia kulistego części o grubości 17,8 mm i długości 11,8 mm rozmieszczone promieniowo co 120°.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że podstawa (4) materiału wsadowego (2a) ma dłuższe boki o zarysie falistym, przy czym na krótszym boku podstawy (4) od strony występu (5) znajduje się wklęśnięcie (7) o promieniu zaokrąglenia 50,8 mm, które na obu końcach łączy się liniami prostymi z dłuższymi bokami podstawy (4) o zarysie falistym, zaś na krótszym boku podstawy (4) od strony występu (6) znajduje się zaokrąglona wypukłość (8) o promieniu 13,2 mm, która łączy się z dłuższymi bokami podstawy (4) o zarysie falistym.