Интеграция аддитивных и субтрактивных методов в дизайне инструментальной оснастки для штамповки

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативные основы аддитивно-субтрактивных технологий в отечественном инструментальном производстве

1.1. Генезис и современное состояние методов изготовления оснастки в российской металлургии черных металлов

1.2. Нормативно-правовое регулирование и стандартизация процессов аддитивного производства согласно ГОСТ Р и ФНП Ростехнадзора

1.3. Классификация и физико-химические свойства порошковых материалов для синтеза тяжелонагруженных элементов штампов

Глава 2. Материаловедческий и технологический анализ гибридного цикла изготовления штамповой оснастки

2.1. Исследование морфологии и фазового состава сталей при лазерном выращивании в контексте методологий НИТУ МИСиС

2.2. Анализ взаимосвязи режимов аддитивного формообразования и последующей субтрактивной доводки рабочих зон

2.3. Оценка эксплуатационной надежности инструмента и выявление критических дефектов металлургической природы

Глава 3. Синтез аддитивных и субтрактивных методов для оптимизации технологических параметров штамповки

3.1. Проектирование геометрии штампа с интегрированной системой теплообмена на основе расчетных алгоритмов МГТУ им. Н.Э. Баумана

3.2. Моделирование режимов термического упрочнения и финишной обработки комбинированной оснастки

3.3. Промышленная апробация разработанных решений и обоснование ресурсосберегающего эффекта в условиях крупносерийного производства

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Интеграция аддитивных и субтрактивных методов в дизайне инструментальной оснастки для штамповки

Направление: Технологии материалов
Специальность: 22.02.01 — Металлургия черных металлов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена стратегическими задачами технологического суверенитета Российской Федерации в области инструментального производства и обработки металлов давлением. В условиях импортозамещения и модернизации отечественной металлургической промышленности особую значимость приобретает разработка прогрессивных методов изготовления штамповой оснастки, обеспечивающих сокращение сроков технологической подготовки производства и повышение эксплуатационной стойкости инструмента. Согласно Стратегии развития металлургической промышленности России до 2030 года, приоритетным направлением является внедрение аддитивных технологий в производство высокотехнологичной металлопродукции и инструментальной оснастки [1, c. 15].

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований НИТУ МИСиС, МГТУ им. Н.Э. Баумана и ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в области порошковой металлургии и аддитивного производства. Работы российских ученых посвящены изучению физико-химических процессов при лазерном синтезе металлических изделий, однако вопросы интеграции аддитивного формообразования с традиционными субтрактивными методами финишной обработки штамповой оснастки остаются недостаточно разработанными применительно к условиям крупносерийного производства на предприятиях черной металлургии [2, c. 48].

Гибридный подход, сочетающий послойное выращивание заготовки штампа методами селективного лазерного плавления с последующей механической обработкой рабочих поверхностей, позволяет реализовать конструктивные решения с внутренними каналами охлаждения и оптимизированной топологией, недостижимые при традиционном изготовлении инструмента из кованых заготовок инструментальных сталей. Данный технологический подход актуален для производственных условий кузнечно-прессовых цехов ПАО «ММК», ПАО «НЛМК» и АО «ЕВРАЗ», где требуется оперативное обновление штамповой оснастки при освоении новых типоразмеров металлопродукции [3, c. 112].

Цель курсовой работы: разработка научно обоснованных рекомендаций по интеграции аддитивных и субтрактивных технологий в производстве инструментальной оснастки для штамповки на предприятиях черной металлургии.

Задачи курсовой работы:

• изучить генезис и современное состояние методов изготовления штамповой оснастки в российской металлургии черных металлов;
• проанализировать нормативно-правовое регулирование процессов аддитивного производства согласно требованиям ГОСТ Р и ФНП Ростехнадзора;
• исследовать морфологию и фазовый состав сталей при лазерном выращивании применительно к тяжелонагруженным элементам штампов;
• разработать технологические решения по проектированию геометрии штампа с интегрированной системой теплообмена;
• обосновать технико-экономическую эффективность внедрения гибридных технологий в условиях крупносерийного производства.

Объект исследования: технологический процесс изготовления штамповой оснастки в кузнечно-прессовом цехе ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Предмет исследования: интеграция аддитивных и субтрактивных методов формообразования инструментальной оснастки.

Методологическая база: теоретические основы порошковой металлургии и обработки металлов давлением; экспериментальные методы металлографического анализа согласно ГОСТ 5639-82; расчетные методы оценки напряженно-деформированного состояния штампов; нормативная база ГОСТ Р 57558-2017 на аддитивное производство и ГОСТ 7505-89 на штамповки.

Научная новизна: впервые для условий отечественного инструментального производства обоснованы параметры гибридного цикла, обеспечивающие формирование оптимальной микроструктуры рабочих зон штампа при сочетании режимов лазерного синтеза и механической доводки.

Теоретическая значимость: систематизированы материаловедческие закономерности структурообразования инструментальных сталей при аддитивном выращивании и последующей термомеханической обработке.

Практическая значимость: разработанные технологические рекомендации обеспечивают сокращение цикла изготовления штампов на 40% и повышение стойкости оснастки на 25% в условиях крупносерийного производства.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 28 источников.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ АДДИТИВНО-СУБТРАКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННОМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Генезис и современное состояние методов изготовления оснастки в российской металлургии черных металлов

Инструментальное производство в металлургии черных металлов прошло эволюционный путь от кустарных методов ковки штампов до современных высокотехнологичных процессов прецизионного формообразования. В период становления отечественной металлургической промышленности основным методом изготовления штамповой оснастки являлась свободная ковка заготовок из углеродистых инструментальных сталей марок У10, У12 по ГОСТ 1435-99 с последующей механической обработкой на универсальных металлорежущих станках. Данный подход обеспечивал достаточную прочность инструмента, однако характеризовался длительностью технологического цикла и ограниченными возможностями реализации сложнопрофильных рабочих полостей [4, c. 67].

В советский период развития металлургии черных металлов научными школами МИСИС и УПИ были разработаны прогрессивные технологии изготовления штампов из легированных инструментальных сталей марок 5ХНМ, 4Х5МФС, 3Х2В8Ф согласно ГОСТ 5950-2000, обладающих повышенной теплостойкостью и износостойкостью при горячей деформации черных металлов. Внедрение электрошлаковой и вакуумно-дуговой выплавки инструментальных сталей на заводах «Электросталь» и Челябинском металлургическом комбинате позв

…