ЗАГОТОВКА ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к прессовому производству, и может быть использовано для получения пресс-изделий из алюминиевых сплавов.
2
В технике, в частности аэрокосмического назначения, широко применяются длинномерные изделия, имеющие значительное отношение ширины к высоте поперечного сечения. С их применением заметно упрощается конструкция, повышается ее надежность, уменьшаются затраты на изготовление и сборку конструкции. Наиболее яркими представителями таких изделий являются различные длинномерные прессованные панели и широкие полосы из высоколегированных алюминиевых сплавов с повышенными прочностными характеристиками, которые традиционно получают прямым методом прессования. При этом длина пресс-изделий может достигать 30 м, а площадь поперечного сечения - 1000 см и более.
При осуществлении прессования прямым методом сопротивление сил трения, действующих на поверхности раздела заготовки и рабочей втулки контейнера, замедляет скорость течения металла у поверхности заготовки, вследствие чего скорость течения центральных слоев заготовки превышает скорость течения периферийных. Соответственно, возникает необходимость торможения центральных слоев и ускорения периферийных. При этом увеличение скорости в процессе прессования увеличивает разницу скоростей течения различных слоев заготовки. Для изготовления широких пресс-изделий используются контейнеры, имеющие плоскоовальное поперечное сечение. Форма сечения рабочей втулки такого контейнера наиболее приближена к форме прессуемого изделия, что дает возможность получить меньший коэффициент вытяжки в сравнении с прессованием из контейнера с рабочей втулкой круглого сечения и, соответственно, снизить требуемое усилие при прессовании высоколегированных алюминиевых сплавов. При изготовлении пресс-изделий, ширина которых приближена к ширине поперечного сечения контейнера, эффект торможения периферийных слоев металла по ширине за счет трения заготовки по поверхности контейнера выражается наиболее ярко: на кромках ширины изделия недостаточен поток металла для формирования полного сечения, что приводит к искажению геометрии кромок, которое не всегда возможно исправить изменением канала пресс-матрицы. Для увеличения объема металла и питания крайних по ширине изделия областей, а также снижения влияния на данные области сил трения заготовки по поверхности втулки контейнера, приводящего к торможению периферийных слоев металла, используется контейнер, имеющий рабочую втулку с поперечным сечением биноклеобразной формы (а.с. СССР на изобретение №383496, МПК В21С 27/00, публ. 23.05.1973 г.). Использование контейнера такого типа при прессовании широких изделий позволяет существенно улучшить выравнивание скоростей течения металла по всей ширине изделия и, соответственно, получить заданную форму панелей с меньшими усилиями. Такое конструктивное выполнение втулки обеспечивает снижение тангенциальных растягивающих напряжений, что приводит к улучшению условий истечения металла.
Известно, форма и размеры заготовки являются важнейшими технологическими факторами, от которых зависит технико-экономическая эффективность всего процесса. Исходным условием для определения формы и размеров заготовки являются заданные форма и размеры пресс-изделия. Форма, поперечное сечение и длина заготовки для прессования определяются исходя из усилия пресса, размеров пресс-изделий, условий достижения максимальной производительности и наибольшего выхода годного. При этом длина заготовки ограничена длиной хода пресс-штемпеля или длиной рабочей втулки контейнера пресса. Очевидно, что для изготовления длинномерных пресс-изделий при всех условиях целесообразно применение заготовок максимально возможного объема. Оптимальное увеличение массы заготовки возможно за счет увеличения ее площади поперечного сечения, при этом форма сечения заготовки должна быть максимально приближена к форме рабочей втулки контейнера.
В связи с этим важное значение приобретает выбор конфигурации заготовки, обладающей высоким соотношением площади ее поперечного значения к площади поперечного сечения рабочей втулки контейнера.
Известна заготовка, изготовленная из слитка круглого сечения посредством ковки и штамповки (P.P. Малиновский, П.Н. Силаев, А.Н. Чеканов. «Технология легких сплавов», 1979, №6, с. 17). Однако, изготовление штампованной заготовки профильного сечения для размещения в контейнере связано с высокими затратами на подготовку заготовки для штамповки посредством ковки и, собственно, операцию штамповки и последующего щелочно-кислотного травления поверхности для удаления смазки и выявления дефектов. Кроме того, дополнительные операции деформирования вызывают повышение количества и размера дефектов, выявляемых при неразрушающем контроле пресс-изделий после прессования.
Известна заготовка для прессования в виде плоского слитка, отфрезерованного по форме, близкой к форме поперечного сечения полости контейнера («Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов», Балахонцев и др., М. 1985, с. 141.) - прототип.
Однако сечение известной заготовки имеет низкое соотношение площадей поперечного сечения заготовки и контейнера из-за наличия значительных полостей между торцевыми гранями заготовки и внутренними стенками рабочей втулки контейнера.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является возможность увеличения габаритов прессуемого изделия за счет повышения максимальной массы заготовки.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является увеличение площади поперечного сечения заготовки, вписанной в площадь поперечного сечения рабочей втулки контейнера.
Технический результат достигается тем, что заготовка из высоколегированных алюминиевых сплавов для прессования длинномерных изделий в контейнере с поперечным сечением рабочей втулки биноклеобразной формы, содержащая в поперечном сечении плоские параллельные горизонтальные грани и параллельные торцевые вертикальные грани, согласно полезной модели выполнена с 12-гранной формой поперечного сечения, при этом между горизонтальными и вертикальными гранями выполнены смежные промежуточные наклонные грани, причем угол между торцевыми вертикальными гранями и наклонными гранями, прилегающими к ним, составляет 28-32°, а угол между горизонтальными гранями и прилегающими к ним наклонными гранями, составляет 33-37°. Длина торцевой вертикальной грани поперечного сечения составляет не менее 0,25 от общей толщинызаготовки, а длина горизонтальной грани составляет не менее 0,7 от общей ширины заготовки.
Заготовка выполнена из высоколегированного алюминиевого сплава, имеющего структуру с размером зерен не более 300 мкм. Заготовка выполнена литьем с последующей механической обработкой.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена заготовка в поперечном сечении, где Н - толщина заготовки, В - ширина заготовки, 1 - горизонтальная грань, 2 - торцевая вертикальная грань, 3 - промежуточная наклонная грань, прилегающая к торцевой вертикальной грани, 4 - промежуточная наклонная грань, прилегающая горизонтальной грани, α - угол между горизонтальными гранями 1 и гранями 4, прилегающими к горизонтальным, β - угол между торцевыми гранями 2 и гранями 3, прилегающими к торцевым. Для сведения на фиг. 1 приведен контур поперечного сечения внутренней втулки контейнера 5.
Предпочтительным вариантом получения заготовки является литье слитка в кристаллизатор скольжения с последующей механической обработкой граней.
Наиболее оптимальной формой поперечного сечения заготовки, обусловленной техническими и экономическими показателями в процессе отливки и кристаллизации слитка, а также механической обработки граней, является 12-гранная форма.
Экспериментально установлены величины углов между основными и промежуточными гранями поперечного сечения. Наилучшей величиной угла между торцевыми вертикальными  гранями и гранями, прилегающими к торцевым, является величина угла 28-32°, а величина угла между горизонтальными гранями и гранями, прилегающими к горизонтальным, оптимальна при значении 33-37°. Это позволяет создать дополнительные объемы металла в периферийных зонах сечения контейнера, что увеличивает площадь сечения заготовки и дает возможность предельно вписать ее форму в форму контейнера.
При этом необходимым условием для требуемого построения углов между промежуточными и основными гранями является наличие соотношений горизонтальных и торцевых граней поперечного сечения заготовки, при которых длина торцевой грани составляет не менее 0,25 от общей толщины заготовки, а длина горизонтальной грани составляет не менее 0,7 от общей ширины заготовки.
В связи с увеличением площади сечения заготовки, соответственно, на соразмерную величину снижается и степень вытяжки при прессовании пресс-изделий. Поэтому для получения заданных показателей механических свойств и структуры пресс-изделий необходимо, чтобы размер зерна в структуре материала заготовки не превышал 300 мкм.
Таким образом, заявляемая полезная модель, по сравнению с прототипом, позволяет до 5-10% увеличить площадь поперечного сечения заготовок.