Statistische Analyse der Ausdehnungsrate von großen Schmiedestücken

Durch Messung und Zählung der heißen Dimensionen von große Schmiedestücke an der Schmiedestelle nach Beendigung des Schmiedens und die Abmessungen nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden die Ausdehnungskoeffizienten von Schmiedestücken aus verschiedenen Werkstoffen und Formen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ausdehnungsraten von Schmiedestücken aus verschiedenen Werkstoffen leicht unterschiedlich sind. Der Ausdehnungskoeffizient von Schmiedestücken aus Hochtemperaturlegierungen ist mit bis zu 0,018 relativ groß; der Ausdehnungskoeffizient von Schmiedestücken aus Titanlegierungen beträgt bis zu 0,0125, und der Ausdehnungskoeffizient von Schmiedestücken aus Magnesiumlegierungen ist mit 0,01 relativ klein. Die statistischen Ergebnisse zeigen auch, dass die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken nicht anisotrop ist, d.h. die Ausdehnungsrate ist im Grunde in allen Richtungen die gleiche.

Schmiedeerzeugnisse sind in der Luftfahrtindustrie weit verbreitet. Als professioneller Schmiedehersteller hat unser Unternehmen auch eine große Anzahl von Produktionsaufgaben für verschiedene Schmiedeprodukte übernommen. Die von unserem Unternehmen hergestellten Schmiedestücke weisen seit langem die Nachteile großer Bearbeitungszugaben und hoher Maßtoleranzraten auf. Statistiken zeigen, dass im monatlichen Bericht über nicht qualifizierte Produkte die Maßtoleranz mehr als 60% ausmacht. In den letzten Jahren haben die Kunden immer höhere Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Produkte gestellt, so dass die Bearbeitungszugabe für Rohgussteile allmählich abnimmt. Gleichzeitig hat das Unternehmen auch die Forderung nach Kostensenkung und Effizienzsteigerung erhoben und die Einsparung von Rohstoffen gefördert, was höhere Anforderungen an die Maßkontrolle im Produktionsprozess vor Ort stellt. Um sich an die neue Situation und die neuen Anforderungen anzupassen, hat die Abteilung für Qualitätsmanagement Personal für die Durchführung einschlägiger statistischer Analysen organisiert, tatsächliche Messungen und statistische Analysen der Ausdehnungsrate von Schmiedestücken verschiedener Formen gängiger Materialien in der Produktion durchgeführt und eine Reihe von Parametern ermittelt, die für den Schmiedebetrieb geeignet sind. Dieser Artikel stellt eine enge Verbindung zu den tatsächlichen Produktionsergebnissen her und bietet einen wertvollen Hinweis darauf, wie das Team die Maßhaltigkeit im Produktionsprozess besser kontrollieren kann. Gleichzeitig ermöglicht er dem Prüfpersonal vor Ort, die Größe während der Erststückprüfung und der Stichprobenprüfung besser zu überwachen und die Entstehung von Produkten, die nicht den Toleranzen entsprechen, zu verringern.

1. Messinstrumente und Lösungen

Die verwendeten statistischen Messinstrumente sind Messschieber, Stahllineale, Maßbänder und Messschieber. Die Messgenauigkeit von Stahllinealen und Maßbändern liegt bei 1 mm, die Messgenauigkeit von Messschiebern bei 0,02 mm. Je nach Größe und Form der Schmiedestücke werden unterschiedliche Messwerkzeuge verwendet. Die statistischen Objekte werden je nach den Produkten bestimmt, die die Werkstatt täglich herstellt. Gemessen werden Schmiedestücke aus Titanlegierungen, hochwarmfesten Legierungen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Baustahl. Dabei ist darauf zu achten, dass bei der Messung zwischen Strukturteilen und ringgewalzten Teilen unterschieden wird und vor allem große Schmiedestücke gemessen werden.

Der Messzeitpunkt ist mit dem Vor-Ort-Prüfer des Schmiedens synchronisiert, d.h. nach dem Stoppen des Schmiedehammers wird die Größe einer ausgewählten Position nahe der endgültigen Schmiedetemperatur gemessen und die Position mit einem Hochtemperatur-Markierungsstift markiert. Wenn das Schmiedestück auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird die Größe der markierten Stelle erneut gemessen, und die Ausdehnungsrate wird anhand der beiden vorher und nachher gemessenen Werte berechnet. Der Zweck dieser Messmethode besteht darin, die Ergebnisse praktischer zu machen, ohne andere Faktoren zu berücksichtigen. Die Inspektoren oder Produktionsteams können die statistischen Ergebnisse direkt verwenden, d. h. auf der Grundlage des Nennmaßes der Zeichnung und des Ausdehnungsbetrags, der der Größe des Warmmaßes nach dem Schmieden entspricht. Nehmen Sie so viele Datengruppen wie möglich in jedem Produktionsofen auf, und jede Art von Datengruppe sollte nicht weniger als 10 sein, um die Genauigkeit zu verbessern. Der Datensatz wurde mithilfe von Excel-Tabellen statistisch analysiert und mit Referenzdaten kombiniert, um festzustellen, welche Daten unter Produktionsbedingungen praktischer sind. Die Expansionsrate δ wurde anhand der folgenden Formel berechnet:

δ = (L_t-L_o) / L_o

Wo: L_t ist die Größe bei Beendigung des Schmiedens; L_o ist die Größe an der gleichen Stelle bei Abkühlung auf Raumtemperatur.

2. Statistik der Ausdehnungsraten von Bauteilen aus verschiedenen Werkstoffen

Da das Unternehmen eine große Anzahl von Schmiedestücken aus Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen herstellt, konzentriert sich dieser Artikel hauptsächlich auf die beiden oben genannten Materialien, ergänzt durch Messstatistiken von Schmiedestücken aus Aluminiumlegierungen, Baustahl und Magnesiumlegierungen.

2.1 Ausdehnungsrate von Titanlegierungen

In Tabelle 1 sind die statistischen Ergebnisse der Expansionsraten einiger gängiger Schmiedestücke aus Titanlegierungenund die tatsächlich gesammelten Daten sind alle größer als 10 Gruppen. Die Maximal- und Minimalwerte der entsprechenden Daten für jedes Material werden entfernt, und nur der Mittelwert wird genommen. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Ausdehnungsrate von TC21-Schmiedestücken zwischen 0,0113 und 0,0125 liegt, die Ausdehnungsrate von TC11-Schmiedestücken zwischen 0,0111 und 0,0099, und die Ausdehnungsrate von TC4-Schmiedestücken zwischen 0,011 und 0,0117 liegt. Die Ausdehnungsrate von TC18 beträgt etwa 0,0095, was mit der niedrigen Endtemperatur des Materials beim Schmieden zusammenhängt.

Die Statistik zeigt, dass die Ausdehnungsrate des Rings im Durchmesser im Wesentlichen mit der anderer Strukturteile übereinstimmt, was bestätigt, dass die Ausdehnungsrate nicht anisotrop ist, d. h. die Ausdehnungsrate ist in allen Richtungen gleich und kann auch durch die folgende Formel beschrieben werden:

Tabelle.1 Statistische Ergebnisse der Ausdehnungsrate von Titanlegierungen

Die Statistik zeigt, dass die Ausdehnungsrate des Rings im Durchmesser im Wesentlichen mit der anderer Strukturteile übereinstimmt, was bestätigt, dass die Ausdehnungsrate nicht anisotrop ist, d. h. die Ausdehnungsrate ist in allen Richtungen gleich und kann auch durch die folgende Formel beschrieben werden:

S₁ = πd₁ (1)
S₂ = πd₂ (2)

In den Formeln (1) und (2) bedeutet S₁ und S₂ sind der Umfang des Rings vor bzw. nach der Expansion und d₁ und d₂ sind die Durchmesser vor bzw. nach der Ausdehnung. Subtrahiert man Formel (1) von Formel (2) und nimmt eine einfache Verformung vor, so ist die Expansionsrate in Richtung des Durchmessers gleich der Expansionsrate des Ringumfangs. Die tatsächlichen statistischen Ergebnisse am Schmiedeort stimmen im Wesentlichen mit der Theorie überein, so dass der Einflussfaktor Form in der Praxis vernachlässigt werden kann.

2.2 Ausdehnungsgeschwindigkeit von Schmiedestücken aus Hochtemperaturlegierungen

In Tabelle 2 sind die statistischen Ergebnisse der Expansionsrate einiger gängiger Schmiedestücke aus Hochtemperaturlegierungenund die tatsächlich gesammelten Daten sind mehr als 10 Gruppen. Die Maximal- und Minimalwerte der entsprechenden Daten jedes Materials werden entfernt, und nur der Mittelwert wird genommen. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Ausdehnungsrate von Hochtemperaturlegierungen etwa 0,017 beträgt. Bei Hochtemperaturlegierungen mit niedrigeren Schmiedeendtemperaturen kann die Ausdehnungsrate 0,016 betragen. Bei Ringteilen aus Werkstoffen wie GH141 und GH738 kommt es während des Lochaufweitungsprozesses zu einem Temperaturanstieg. Die tatsächliche Endtemperatur beim Schmieden ist etwas höher, und die Ausdehnungsrate kann 0,017 betragen.

2.3 Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus anderen Legierungen

In Tabelle 3 sind die statistischen Ergebnisse der Ausdehnungsraten von Schmiedestücken aus Aluminium-, Magnesium- und Stahllegierungen aufgeführt. Die tatsächlich gesammelten Daten sind alle größer als 10 Gruppen. Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Aluminiumlegierungen etwa 0,012 beträgt und die Ausdehnungsrate von Magnesiumlegierungen im Wesentlichen 0,01 beträgt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass Schmiedestücke aus Stahl während des Erhitzens und Abkühlens Oxidschichten bilden. Laut Statistiken vor Ort beträgt die Dicke der Oxidschicht, die sich nach 300M Abkühlung ablöst, etwa 1,2mm. Wenn die Ausdehnungsrate zur Überwachung der Größe von Stahlteilen verwendet wird, sollte daher auch der Faktor der Oxidhautdicke berücksichtigt werden. Auch bei Titanlegierungen schälen sich Oxidschichten ab, aber die Dicke beträgt nur etwa 0,1 mm und kann daher vernachlässigt werden.
Tabelle.2 Statistische Ergebnisse der Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Hochtemperaturlegierungen

Tabelle.3 Statistische Ergebnisse der Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus anderen Legierungen

3. Schlussfolgerung

Aus den obigen statistischen Ergebnissen geht hervor, dass die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus verschiedenen Werkstoffen leicht unterschiedlich ist. Die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Hochtemperaturlegierungen ist relativ groß und beträgt bis zu 0,018, und die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Magnesiumlegierungen beträgt im Wesentlichen 0,01. Bei allen statistischen Schmiedestücken aus verschiedenen Werkstoffen ist die Ausdehnungsrate in jeder Richtung im Wesentlichen gleich, so dass der Formfaktor der Schmiedestücke vernachlässigt werden kann. Die folgenden Aspekte sollten bei der Produktions- und Prüfungskontrolle beachtet werden:

• ⑴ Die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Titanlegierungen mit niedrigerer Schmiedeendtemperatur wird mit 0,01 empfohlen, und die Ausdehnungsrate von Schmiedestücken aus Titanlegierungen mit höherer Schmiedeendtemperatur wird mit 0,012 empfohlen.
• ⑵ Für Schmiedestücke aus Hochtemperaturlegierungen mit niedrigerer Schmiedeendtemperatur wird eine Ausdehnungsrate von 0,016 und für Schmiedestücke aus Hochtemperaturlegierungen mit höherer Schmiedeendtemperatur eine Ausdehnungsrate von 0,017 empfohlen.
• ⑶ Ringgewalzte Teile haben im Allgemeinen größere Innen- und Außendurchmesser und eine größere Gesamtausdehnung, so dass sie bei der Kontrolle der Größe genau berechnet werden sollten.
• ⑷ Bei der Berechnung der Größe von Stahlschmiedestücken anhand der Ausdehnungsrate sollte der Einfluss der Oxidzunderdicke berücksichtigt werden.
• ⑸ Die Inspektoren vor Ort sollten zeitnah Erststückprüfungen durchführen, und das Team sollte Selbstinspektionen durchführen, um das Auftreten von chargenspezifischen Maßabweichungen zu verringern.

Autor: Li Jianbin