авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального ...»

-- [ Страница 3 ] --

Расчеты выполнены для набора утолщений на корпусах из титано вого сплава ВТ6С при 930 °С и алюминиевого сплава АМг6 при 450 и 530 oC. В первом случае материалу соответствует деформационная теория разрушения, во втором - энергетическая теория.

На рис. 4 и 5 представлены графические зависимости повреждае мости на линиях разрыва «01», «12» и «13» от скорости перемещения инструмента V при наборе краевых утолщений на корпусах из алюминие Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. вого сплава АМг6 при температурах обработки 450 и 530 oC соответст венно. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скоро сти перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость сплава АМг6 возрастает на 10…20 %.

Таблица Константы разрушения исследуемых материалов C2, T,o C B C1 B Материал МПа Титановый сплав 930 ± 2 0,692 -1,19 - ВТ6С Алюминиевый сплав 450 ± 2 - - 101,01 -1, АМг Алюминиевый сплав 530 ± 2 - - 1010,1 -1, АМг Рис. 4. Графические зависимости Рис. 5. Графические зависимости от V для сплава АМг6 ( 450 o C ) от V для сплава АМг6 ( 530 o C ) Величина повреждаемости титанового сплава ВТ6С при 930 °С на линиях разрыва скоростей составляет: 01 = 0,47, 12 = 0,155, 13 = 0, и не зависит от скорости перемещения инструмента.

Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.

Список литературы 1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.

2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов же Технологии и оборудование обработки металлов давлением стким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яков левм [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.

S. S. Yakovlev, V. N. Tchudin, A.V.Tchernyaev, A.A.Perepelkin SET OF THE REGIONAL THICKENING ON CASE PREPARATION AT LOCAL HEATING Ratios for an assessment of deformation, power parameters of operation and damageability of a material are given. The power method of calculation on the basis of a flat rigid and block explosive field of speeds for a viscous and plastic material is used.

Key words: viscosity, short-term creep, pressure, temperature, damageability.

Получено 07.02. УДК 621.983;

539. С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), А.В. Черняев, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), В.И. Платонов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ) МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПЕРАЦИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ Приведены математические модели операции изотермического прямого вы давливания в режиме кратковременной ползучести. Установлено влияние технологи ческих параметров, условий трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки, скорости перемещения пуансона на напряженное и деформированное со стояния, силовые режимы и предельные возможности изотермического прямого вы давливания.

Ключевые слова: прямое выдавливание, кратковременная ползучесть, повреж даемость, деформация, давления.

Элементы трубопроводов, применяемые в космических летатель ных аппаратах и связанном с ними наземном оборудовании, изготавлива ются из высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов в регламенти рованных температурно-скоростных условиях. Режимы штамповки определяются упрочнением материала и его вязкостью. Эти факторы, влияющие на силовые и деформационные режимы, необходимо учитывать Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. при разработке технологии. В связи с этим принимается функция механи ческого состояния в виде [1, 2] mn e = A e e, где e, e, e - эквивалентные напряжение, деформация и скорость дефор мации;

A, m, n - константы материала.

Рассмотрена операция изотермического прямого выдавливания фланцевых втулок. На рис. 1 показаны схема операции и разрывное поле скоростей перемещений материала заготовки, состоящее из жестких бло ков «0», «2» и блока деформаций «1».

Рис. 1. Схема операции Рис. 2. План скоростей прямого выдавливания при осесимметричном выдавливании и разрывное поле скоростей Блоки разделены поверхностями разрыва скорости перемещений соответственно y01 и y12. Коническая поверхность трения матрицы обра зована линией y13. При этой схеме, которая является осесимметричной, деформации имеют место в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скорости, в том числе на поверхности трения матрицы. Скорости жестких блоков постоянны, а скорость перемещения точек в блоке деформаций есть функция координаты. План скоростей приведен на рис. 2. Для последую щих расчетов будем использовать верхнеграничный метод, в соответствии с которым справедливо энергетическое неравенство () () q ( r0 r12 ) V0 N д + N p + Np + N тр.

01 Здесь q - внешнее давление;

r0, r1 - размеры изделия;

V0 - скорость пере Технологии и оборудование обработки металлов давлением мещения пуансона;

в левой части неравенства – мощность внешних сил;

в правой – соответственно мощности в объеме деформаций, на поверхностях разрыва скорости и на контактной поверхности матрицы.

Мощности, входящие в приведенное энергетическое неравенство, определяются по соотношениям:

- в объеме деформаций m y ( r0 r1 )( r2 r1 ) h 01 1+ m + n h N = A V e dydx ;

cos( + ) 0 y 0 - на линии разрыва «01»

( N p )01 = 01 (V01 ) s01 = m+ n r0 r 2 a1 cos ( h ) m V0 + n = A ;

( 3 )1+ m + n r0 r1 cos sin( + ) - на линии разрыва «12»

m+n r0 r12 a ( h ) m V0 + n ( N p )12 = 12 (V12 ) s12 = A 1+ m + n r r 2 ( 3) (1 + tg tg ( )) cos ;

- мощность трения h 2 N тр = трVk ds = µq ( r0 r2 ) Vk dx, s k k = h ( r0 r2 )tg ;

a1 = cos 2 1 + где ;

4 cos (tg + tg ) ( r0 r12 ) sin 1 + tg tg ( ) a2 = 1 + 12.

2( r2 r1 ) cos( ) Повреждаемость материала заготовки оценивалась с использовани ем критерия разрушения, полученных на основе энергетической или кине тической теории прочности.

На рис. 3 и 4 приведены графические зависимости изменения отно сительного давления q = q / e0 от скорости перемещения V, угла конус ности инструмента и степени деформации = 1 F1 / F0 при прямом вы давливании фланцевых втулок из сплавов АМг6 и ВТ6С соответственно, где F1 и F0 - площадь деформированного и недеформированного участков трубной заготовки.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Рис. 3. Зависимости изменения Рис. 4. Зависимости изменения q q от V ( = 30 o ;

µ = 0,1 ) от ( V = 1 мм/c;

µ = 0,1 ) Установлено, что с увеличением степени деформации от 0,1 до 0,5 относительное давление возрастает для сплава АМг6 на 20…50 %, для сплава ВТ6С – на 15…40 %. Уменьшение угла от 50 до 10o приводит к росту q в 1,4…1,7 раза для обоих рассматриваемых материалов. С увели чением скорости от 0,01 до 10 мм/с значение q возрастает на 20 % для алюминиевого сплава АМг6 и на 50 % для титанового сплава ВТ6С.

Показано, что существенное влияние на величину относительного давления оказывают условия трения на контактных поверхностях инстру мента и заготовки. Увеличение µ от 0,1 до 0,4 приводит к возрастанию от носительного давления до 1,5 раза. Более интенсивный рост q наблюдает ся при больших значениях степени деформации ( = 0,5 ).

Произведена оценка возможности формообразования, исходя из ре сурса пластичности деформируемого материала. Для материалов, предель ная деформация которых не зависит от скорости операции, оценка исполь зования ресурса пластичности производится по соотношению e d e = d. (1) ( e )пр. e Здесь 0 1 - показатель, характеризующий использование ресурса пла стичности (повреждаемость материала) при деформации 0 e ( e )пр. ;

e, ( e )пр. - соответственно достигнутая при формообразовании в опасной точке заготовки эквивалентная деформация и ее предельная величина.

Предельная эквивалентная деформация определяется выражением ( e )пр = C exp B 0, (2) e Технологии и оборудование обработки металлов давлением где e, 0 - соответственно среднее и эквивалентное напряжения в рас сматриваемой точке;

C, B - константы разрушения материала при данной температуре.

Для материалов, проявляющих при деформировании зависимость от скорости, использование ресурса пластичности определяется уравнени ем t dt = e e. (3) Aпр.

Здесь повреждаемость материала 0 1 соответствует времени дефор мирования 0 t t пр ;

t, tпр - текущее и предельное время соответственно;

Aпр. - удельная работа к моменту разрушения (исчерпания пластичности).

Удельная работа разрушения выражается как Aпр = C exp B 0, (4) e где C, B - константы материала.

Рис. 5. Зависимости изменения от при прямом выдавливании фланцевых втулок из сплава ВТ6С ( V = 1 мм/c;

µ = 0,1 ) Выполнены исследования влияния угла конусности инструмента и степени деформации на повреждаемость материала заготовки при прямом выдавливании фланцевых втулок из трубных заготовок (рис. 5).

Показано, что с увеличением от 0,1 до 0,5 повреждаемость сплавов АМг6 и ВТ6С возрастает на 35…55 %. Увеличение от 10 до 50o сопро вождается ростом в 1,7…2,1 раза.

На рис. 6 приведены результаты теоретических исследований влия ния скорости перемещения инструмента V на величину повреждаемости при прямом выдавливании трубных заготовок из алюминиевого сплава Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. АМг6.

Рис. 6. Зависимости изменения от V при прямом выдавливании фланцевых втулок из сплава АМг6 ( = 0,5 ;

µ = 0,1 ) Показано, что при увеличении скорости перемещения пуансона V от 0,01 до 10 мм/с величина повреждаемости возрастает на 20 %.

Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.

Список литературы 1. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А.

Голенков [и др.];

под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машино строение, 2009. 442 с.

2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов же стким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.

3. Яковлев С.С., Пасынков А.А., Черняев А.В. Технологические па раметры операции прямого изотермического выдавливания элементов тру бопроводов // Кузнечно-штамповочное производство. 2010. №10. С. 38-42.

S.S. Yakovlev, A.V. Tchernyaev, V.I. Platonov MATHEMATICAL MODEL OF OPERATION OF ISOTHERMAL DIRECT EXPRESSION IN THE MODE OF SHORT-TERM CREEP Mathematical models of operation of isothermal direct expression are given in a mode of short-term creep. Influence of technological parameters, friction conditions on contact borders of the working tool and preparation, speed of moving of a punch on the strained and deformed conditions, power modes and limiting possibilities of isothermal direct expression is established.

Key words: direct expression, short-term creep, damageability, deformation, pressure.

Получено 07.02. Технологии и оборудование обработки металлов давлением УДК 621.983;

539. В.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ), А.А. Пасынков, канд. техн. наук, ассист., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ) МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПЕРАЦИИ ВЫДАВЛИВАНИЯ ФЛАНЦЕВЫХ УТОЛЩЕНИЙ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ Приведены результаты теоретических исследований силовых режимов и пре дельных возможностей выдавливания фланцевых утолщений на осесимметричных за готовках в режиме кратковременной ползучести.

Ключевые слова: выдавливание, фланцевое утолщение, кратковременная пол зучесть, напряжение, деформация, сила.

Детали с фланцевыми утолщениями используют в арматуре трубо проводов двигательных установок летательных аппаратов. Материалы этих деталей - высокопрочные сплавы, и их горячая обработка давлением производится в регламентированных температурно-скоростных условиях.

Режимы штамповки определяются упрочнением материала и его вязко стью. Эти факторы, влияющие на силовые и деформационные режимы, не обходимо учитывать при разработке технологии. Рассмотрим в этой связи операцию горячего выдавливания фланца на цилиндрической заготовке.

Будем использовать энергетический метод расчёта применительно к раз рывному полю скоростей перемещений.

Расчётная схема выдавливания и разрывное поле скоростей в осе вом сечении заготовки показаны на рис. 1. При осесимметричной схеме деформаций поле состоит из жёстких блоков «0» и блоков деформаций «1», разделенных поверхностью «01» разрыва скорости. Поверхность тре ния материала на матрице – «12».

Рис. 1. Схема операции и поле Рис. 2. План скоростей скоростей перемещений на поверхности разрыва Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. В соответствии с верхнеграничной теоремой пластичности справед ливо энергетическое неравенство [1, 2] V q ( r12 0 ) N д + N 01 + N тр. (1) Здесь в левой части - мощность внешних сил, в правой - мощности в объё ме деформаций, на поверхности разрыва скорости и на поверхности тре ния;

q - удельная сила операции.

Определим мощность внутренних сил в объёме деформаций (блок «1»). Запишем необходимые кинематические соотношения. Скорости ма r12 V V и V1 = териала на входе и выходе из матрицы соответственно.

2 2hr На поверхности разрыва полная скорость, нормальная и касатель ная в соответствии с планом скоростей на рис. 2:

V (V1 ) 01 = 0 tg ;

V (V0 ) n = (V1 ) n = (V01 ) n = 0 sin ;

V (V01 ) = (V0 ) + (V1 ) =.

2 cos Распределение скорости по объёму деформаций зададим функцией первого порядка при граничных условиях:

V V = 0 tg, y = x tg - образующая поверхности разрыва скорости;

r12 V V=, y = r2 - образующая боковой поверхности фланца.

2 hr Получим, что V0 r1 hr2 tg ( y r2 ) + r12.

V= (2) 2 hr2 r2 x tg При этом проекции скорости на оси координат Vx = 0, V y = V.

Компоненты скорости деформаций в очаге деформаций определя ются как ( ) V y V 0 r12 hr2 tg V x x = = 0, y = = = ;

2 hr2 (r2 x tg ) x y ( ) V y V0 r12 h r2 tg [ y (r2 x tg ) + ( y r2 )tg ].

xy = = & 2 hr2 (r2 x tg ) x Технологии и оборудование обработки металлов давлением Эквивалентная скорость деформаций и деформацию запишем, учи тывая вышесказанное, в виде:

[( ] ) 1 V y Vy + 1 2 2 e = 2 y + + xy = & ;

(3) y x 3 3 h e = e, (4) V где h - полный ход пуансона.

Эквивалентное напряжение следует из уравнения вязкопластичного состояния материала при подстановке выражений (3), (4):

m h ( e )m + n.

e = A m e = A n V (5) e Мощность в объёме деформаций определяется с помощью выраже ний (3) и (4) интегралом по объёму. Используя теорему Гульдена, получим интеграл по координатам:

h m 2 r h yц.т [(x, y )]1+ m + n dxdy, N д = e e dw = 2 A V (6) w 0y где y = xtg, 3r2 r sx yц.т = = – F 3(2 r2 r1 ) - координата центра тяжести четверти площади сечения очага деформации (см рис. 1);

S x, F - статический момент и площадь этого сечения.

Интегрирование производится по y при постоянном x в функции e = (x, y );

а после этого – по x.

На поверхности «01» разрыва скорости касательная и нормальная к ней скорости выражаются соотношениями V tg (V ) e = = 01 = 0, n = 0, l01 2V (V01 ) n V0 sin 01 = = &.

l01 2 r Эквивалентную скорости деформаций, деформацию и касательное напряжение представим в виде ( ) V0tg h 16 + sin 2 2 2, ( e ) 01 = ( e ) 01 = ( e ) 01, V 4 3r Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. A( h ) m V0 tg m + n n (m + n ) ( e ) 01 01 = = (16 + sin 2 ) 2.

( 3 )1+ m + n 4 r Тогда мощность на поверхности разрыва определяется выражением r N 01 = 01 (V01 ) ds = 01 (V01 ). (7) sin s Обратимся к поверхности контактного трения фланца на матрице.

Примем, что внешнее давление равномерно распределено по торцу цилин дрической заготовки. В этом случае тр = µq, где µ - коэффициент трения.

Скорость перемещения материала по поверхности трения Vтр = V | x = h / 2, где V - скорость в соответствии с выражением (2).

Мощность на поверхности трения представим в виде r 2 N тр = ( r2 r1 ) тр Vтр dy. (8) r Подстановка мощностей (6) - (8) в энергетическое неравенство (1) приводит к оценке давления операции.

На основе приведенных выше соотношений выполнены теоретиче ские исследования влияния технологических параметров на силовые ре жимы операции осесимметричного выдавливания фланцевых заготовок в режиме вязкопластичности. Исследования выполнены для алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энер гетической и кинетической теориями прочности соответственно. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки:

h = 30 мм;

h = 3...20 мм;

r1 = 20 мм.

На рис. 3 представлены графические зависимости относительного давления q = q / e0 от скорости перемещения инструмента V при различ ных значениях степени деформации = h /( h + h).

Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением скорости перемещения инструмента V от 0,01 до 10 мм/с относительное давление выдавливания фланцевых заготовок возрастает на 20 % для алю миниевого АМг6 и на 50 % для титанового ВТ6С сплавов. Увеличение Технологии и оборудование обработки металлов давлением степени деформации от 0,1 до 0,4 приводит к росту q в 1,8 – 2 раза для обоих рассматриваемых материалов.

б а Рис. 3. Зависимости изменения q от V при выдавливании фланцевых заготовок из сплавов АМг6 (а) и ВТ6С (б) ( µ = 0,1 ) Существенное влияние на величину относительного давления ока зывают условия трения на контактных поверхностях инструмента и заго товки. На рис. 4 приведены графические зависимости q от коэффициента трения µ. Установлено, что увеличение µ от 0,1 до 0,4 приводит к возрас танию относительного давления в 1,5 раза для сплавов АМг6 и ВТ6С.

а б Рис. 4. Зависимости изменения q от µ при выдавливании фланцевых заготовок из сплавов АМг6 (а) и ВТ6С (б) ( = 0,25 ) Рассмотрим далее критические режимы выдавливания, что связано с оценкой повреждаемости деформируемого материала. Будем использо вать теории прочности применительно к горячей обработке. По энергети Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. ческой теории повреждаемость определяется уравнением d = e e dt, (9) Aпр где 0 1 - повреждаемость материала за время деформирования 0 t t кр ;

t кр - время полной повреждаемости (критическое время воз можного разрушения);

e, e - эквивалентные напряжение и скорость де формаций в опасной зоне заготовки;

Anp - предельная удельная работа раз рушения при вязкопластическом деформировании.

Пусть точка "а" - место возможного разрушения. Тогда величины эквивалентных деформации, скорости деформаций и напряжения в этой точке запишутся в виде k ( h ) kV ( e ) а = 2( e ) 01 =, ( e ) а =, 2 3r1 2 3r m+ n k ( h ) m V0, n ( e ) а = А 2 3r где k = 16 + sin 2 2 tg.

Подстановка приведенных выше выражений в уравнение (9) при замене переменной приводит после интегрирования к зависимости 1+ m + n (h )1+ m n k A a = V.

2 3r 1+ m Aпр Критическую скорость операции получим при = 1, т. е.

1 m n n A (1 + m ) k пр (V0 ) кр =.

1+ m 2 3r A( h ) По деформационной теории прочности a = ( e ) а /( e ) пр, (10) где ( e ) np - предельная эквивалентная деформация материала при данных условиях обработки.

Окончательно запишем k ( h) а =.

2 3r1 ( e ) пр В соответствии с этим 2 3r ( h ) кр = ( e ) пр.

k Установим величину среднего напряжения. Положим, что в точке Технологии и оборудование обработки металлов давлением "а" x = q, y =.

По условию полной пластичности y = = ( e ) а q и среднее напряжение, следовательно, 1 = ( k + y + ) = ( e ) а q.

3 Величина этого напряжения позволяет установить константы Aпр и ( e ) пр в выражениях (9) и (10).

На рис. 5 представлены графические зависимости повреждаемости материала от скорости перемещения инструмента V при выдавливании фланцевых заготовок из алюминиевого сплава АМг6 с различными значе ниями степени деформации. Анализ графических зависимостей показы вает, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость материала возрастает в 1,7 раза. Увеличение сте пени деформации от 0,1 до 0,4 приводит к росту в 2,5 раза.

Результаты расчета повреждаемости титанового сплава ВТ6С в за висимости от степени деформации приведены на рис. 6. Установлено, что при увеличении от 0,1 до 0,4 повреждаемость сплава ВТ6С возраста ет в 2 раза.

Рис. 5. Зависимости изменения от V при выдавливании фланцевых заготовок из сплава АМг6 ( µ = 0,1 ) Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Рис. 6. Зависимости изменения от при выдавливании фланцевых заготовок из сплава ВТ6С ( V = 1 мм/c;

µ = 0,1 ) Установлено, что существенное влияние на величину относитель ного давления оказывают условия трения на контактных поверхностях ин струмента и заготовки. Показано, что увеличение µ от 0,1 до 0,4 приводит к возрастанию относительного давления в 1,5 раза для сплавов АМг6 и ВТ6С.

Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.

Список литературы 1. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов же стким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.

2. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А.

Голенков [и др.];

под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машино строение, 2009. 442 с.

V. N. Tchudin, A.A.Pasynkov MATHEMATICAL MODEL OF OPERATION OF EXPRESSION OF FLANGE THICKENINGS IN THE MODE OF SHORT-TERM CREEP Results of theoretical researches of power modes and limiting possibilities of expression of flange thickenings on axisymmetric preparations in a mode of short-term creep are given.

Key words: expression, flange thickening, short-term creep, tension, deformation, force.

Получено 07.02. Технологии и оборудование обработки металлов давлением УДК 621. А.Н. Петров, канд. техн. наук, доц., 8(916) 505-07-54, alexander_petr@mail.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ») МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ КОЛЛОИДНО-ГРАФИТОВЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Приведена методика прогнозирования стойкости штампа на основе выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала для штамповки загото вок лопаток из никелевого сплава. Использован комплексный метод оценки свойств смазочных материалов. В расчете прогнозирования стойкости штампа учитываются масса поковки, коэффициент формы и коэффициент (показатель) трения. В расчете использованы результаты осадки кольцевых образцов с коллоидно-графитовыми сма зочными материалами.

Ключевые слова: контактное трение, стойкость, штамп, температура кон тактной зоны, коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, коэффициент (показатель) трения, эмпирическая формула, Изучение поведения смазочных материалов при повышенных тем пературах показало, что состав коллоидно-графитовой суспензии влияет в конечном итоге на качество изделия, стойкость инструмента и себестои мость продукции. Температура нагрева заготовки и подогрева штампов, а также время контакта заготовки со штампом в процессе деформирования меняют свойства смазочного материала на контакте. При этом меняется и сопротивление деформированию. На основе комплексной оценки свойств коллоидно-графитовых смазочных материалов разработан метод выбора оптимального смазочного материала с учетом прогнозирования стойкости штампов. На примере компрессорных лопаток из никелевого сплава (рис.

1) приведен расчет прогнозирования стойкости штампов. Заготовки лопа ток предварительно нагревают в электропечи с теплозащитным покрытием и затем штампуют на винтовом прессе. В процессе штамповки штампы смазывают масло-графитовой суспензией. Стойкость штампов составляет от 500 до 1000 поковок.

Для выбора оптимального коллоидно-графитового смазывающего материала выбрали два типа существующих коллоидно-графитовых сма зочных материалов – на водной основе и на масляной основе, выпускае мых ООО «Коллоидно-графитовые препараты». На рис. 2 изображены кри вые свойств выбранных материалов при температурах до 700 0С.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Рис. 1. Лопатка после штамповки Рис. 2. Потеря массы при нагреве до 700 0С Технологии и оборудование обработки металлов давлением Далее выбираем смазочный материал по технологическим свойст вам. Из экспериментальных результатов осадки кольцевого образца из ни келевого сплава по номограмме (рис. 3), определяем коэффициент (пока затель) трения. На рис. 4 графически показаны значения коэффициента (показателя) трения смазочных материалов на масляной и водной основе.

Рис. 3. Номограмма определения коэффициента (показателя) трения Рис. 4. Значения коэффициента (показателя) трения В табл. 1 приведены сравнительные свойства выбираемых смазоч ных материалов.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Таблица Сравнительные свойства смазочных материалов Смазочный материал Потеря массы при Коэффициент нагреве до 500 0С, (показатель) трения % Масло И50 +графит С1 71,60 0, СТ-26 50,63 0, ВКГС-О 18,38 0, Расчет ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов выполня ем по эмпирической формуле C = K x m-0,0536, где К - коэффициент, учитывающий влияние формы поковки и коэффици ента (покаателя) трения;

m – масса поковки, кг Расчет выполнен для двух видов компрессорных лопаток с различ ной массой и коэффициентом формы. В табл. 2 приведены исходные дан ные для расчета Таблица Исходные данные расчета Деталь Лопатка 1 Лопатка Масса, кг 0,065 0, Коэффициент формы 1,75 1, Коэффициент (показатель) трения 0,26, 0,28, 0, В табл. 3 приведены результаты расчета ожидаемой (прогнозируе мой) стойкости штампов.

Таблица Результаты расчета Смазочный материал Стойкость расчетная, шт.

Лопатка 1 Лопатка Масло И50 +графит С1 632 СТ-26 1812 ВКГС-О 4172 Из табл. 3 видно, что коллоидно-графитовый смазочный материал на водной основе типа ВКГС-О предпочтительнее [2]. Коллоидно графитовые смазочные материалы наносят на штампы методом распыле Технологии и оборудование обработки металлов давлением ния. Время нанесения и степень разбавления концентрата смазочного ма териала варьируемые параметры, которые позволяют оптимизировать температурный режим работы штампа и получить ожидаемую стойкость штампов. В условиях серийного производства для нанесения смазочного материала на штампы применяют устройства, состоящие из небольших навесных бачков емкостью 5 литров и распылительного пистолета. Конст рукции пистолетов [1] могут быть различные, но принцип работы для всех конструкций один и тот же. На рис. 5 показаны типовые конструкции пис толетов-распылителей.

Рис. 5. Пистолеты-распылители для смазки штампов Метод выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала апробирован в производственных условия при штамповке ком прессорных лопаток [3].

Метод выбора оптимальных коллоидно-графитовых смазочных ма териалов позволяет повысить стойкость штампов, сократить материальные затраты на смазочные материалы, снизить себестоимость продукции и улучшить экологию в кузнечных цехах.

Список литературы 1. Сергеев Ю.Н., Лаптев Д.В., Петров А.Н. Исследование средств механизированного и автоматизированного нанесения технологической смазки на деформирующий инструмент в кузнечном производстве ЗИЛ //Кузнечно-штамповочное производство. 1982. №9. С.34-36.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 2. Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное произ водство и Обработка металлов давлением. 2011. №10. С 45-48.

3. Петров А.Н., Андрейченко Т.П. Применение коллоидно графитовых смазочных материалов при горячей обработке металлов дав лением // Кузнечно-штамповочное производство и обработка металлов давлением. 2008. №6. С.39-41.

A.N.Petrov TECHNIQUE OF FORECASTING OF FIRMNESS OF STAMPS HOT DEFORMATION ON THE BASIS OF THE CHOICE OPTIMUM COLLOIDAL AND GRAPHITE LUBRICANTS The technique of forecasting of firmness of a stamp is given in this article on the basis of a choice of optimum colloidal and graphite lubricant for punching of preparations of shovels from a nickel alloy. The complex method of an assessment of properties of lubricants is used. In calculation of forecasting of firmness of a stamp the mass of a pokovka, factor of a form and factor (indicator) of a friction are considered. In calculation results a precipitation of ring samples with colloidal and graphite lubricants are used.

Key words: contact friction, firmness, stamp, temperature of a contact zone, colloidal and graphite lubricants, hot volume punching, factor (indicator) of a friction, empirical formula, Получено 07.02. УДК 621.777. Ву Хай Ха, асп., 963-695-73-26, vodangdaihiep@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Н.Д. Тутышкин, д-р техн. наук, проф., 960-613-94-15, nikolai.tutyshkin@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ) МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ Рассматривается моделирование технологических параметров процесса хо лодного обратного выдавливания цилиндрической заготовки. Расчет технологических параметров основывается на анализе напряженно-деформированного состояния и по становке возникающих краевых задач.

Ключевые слова: метод конечных элементов, Deform 3D, моделирование, про цесс обратного выдавливания.

Метод конечных элементов (МКЭ) наряду с методом конечных раз ностей, методом граничных элементов, вариационно-разностным методом и др. относится к методам численного анализа, получившим широкое рас Технологии и оборудование обработки металлов давлением пространение в последние 15-20 лет благодаря развитию вычислительной техники.

Метод конечных разностей по сравнению с МКЭ и проще в реали зации, и быстрее. Зато у МКЭ есть свои преимущества, проявляющиеся на реальных задачах: произвольная форма обрабатываемой области;

сетку можно сделать более редкой в тех местах, где особая точность не нужна.

Долгое время широкому распространению МКЭ мешало отсутствие алгоритмов автоматического разбиения области на «почти равносторон ние» треугольники (погрешность в зависимости от вариации метода, об ратно пропорциональна синусу или самого острого, или самого тупого уг ла в разбиении). Впрочем, эту задачу удалось успешно решить (алгоритмы основаны на триангуляции Делоне).

Моделируется процесс обратного выдавливания стакана из цилинд рической заготовки высотой l=20 мм и диаметром dм = 24 мм. Диаметр за готовки равен диаметру матрицы. Материал заготовки – сталь AISI 1060, COLD[70F(20C)]. Диаметр абсолютно жесткого пуансона dп = 19 мм.. Схе ма процесса обратного выдавливания показана на рис. 1, а схема процесса в DEFORM 3D на рис 2.

Рис 1. Схема процесса обратного Рис 2. Схема процесса обратного выдавливания выдавливания в DEFORM 3D DEFORM 3D – это программа моделирования холодной, горячей объемной штамповки, ковки, прессования, волочения, прокатки. Можно моделировать трехмерное пластическое течение материала заготовки в ин струменте, возникновение дефектов в изделии, оценить прочность инстру мента, получить график усилия прессования и подобрать оптимальное оборудование, подобрать материал и температурный режим.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Моделирование процесса обратного выдавливания проводилось в среде конечно–элементного пакета DEFORM 3D со следующими допуще ниями:

- принимаются изотермические условия деформации, т.е. разогрев деформируемого материала, пуансона и матрицы от работы деформации не рассматривается;

- деформация материала считается холодной, (температура металла меньше температуры рекристаллизации), т.е. сопротивление деформации не зависит от скорости деформации;

- для упрощения решения принимается, что трение на всей поверх ности контакта пуансона с металлом подчиняется закону сухого трения Кулона, причем коэффициент трения =0,12 и постоянен на всей контакт ной поверхности.

После выполнения операции полученные результаты показаны на графиках напряжения (рис. 3-10).

Рис. 3. Разбиение заготовки Рис. 4. Распределение на конечные элементы эквивалентных напряжений по объему полуфабриката в заключительной стадии Технологии и оборудование обработки металлов давлением Рис. 5. Направление движения Рис. 6. Распределение частиц деформируемого металла деформации полуфабриката полуфабриката в заключительной стадии Рис. 7. График зависимости силы Рис. 8. График зависимости деформирования от хода пуансона скорости деформирования от хода пуансона Рис. 9. График зависимости энергии Рис. 10. График зависимости деформирования от хода пуансона поверхностной области деформирования от хода пуансона Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Моделирование процесса обратного выдавливания имеет большое практическое значение при проектировании технологических процессов обработки давлением с использованием операций выдавливания.

Использование системы DEFORM позволяет быстро, всего за не сколько часов, провести численный эксперимент и, исходя из его результа тов, внести изменения в параметры технологического процесса выдавли вания.

При моделировании повышаются технологические возможности процессов выдавливания за счет снижения энергетических затрат и сокра щения количества технологических переходов. При этом можно изменить не один-два параметра, как это обычно бывает в цехе предприятия, а по пробовать десятки вариантов и получить, действительно, оптимальный технологический процесс как по качеству, так и по затратам на его произ водство.

Список литературы 1. Тутышкин Н.Д., Трегубов В.И. Технологическая механика:

учебн. пособие. Тула: ТулГУ, 2000. 196 с.

2. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Ме таллургия, 1970. 230с.

3. Комплексные задачи теории пластичности / Н.Д. Тутышкин [и др.]. под ред. Н.Д. Тутышкина, А.Е. Гвоздева. Тула: ТулГУ «Тульский полиграфист», 2001. 377с.

4. Сидоров А.А. Исследование процессов прямого и обратного вы давливания деталей типа стакан с использованием программного комплек са Deform 2D. М.:, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. 3 с.

5. Коробова Н.В., Денищев Т.В. Исследование влияния схемы комбинированного выдавливания на разностенность. М.: МГТУ им.

Н.Э.Баумана, 2008. 8 с.

6. Программный комплекс для моделирования двумерных процес сов пластического течения при обработке металлов давлением: свидетель ство об отраслевой регистрации разработки / А.В. Власов [и др.] // ОФАП.

Номер гос. рег. 50200400053.

7. Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением. Численные методы / В.Н. Данченко [и др.]. Днепропетровск:

Системные технологии, 2005. 448 с.

Vu Hai Ha, N.D. Tutyshkin SIMULATION PROCESS PARAMETERS COLD RETURN EXTRUSION The modeling of process parameters of cold extrusion cylindrical workpiece opposite is considered. Calculation of process parameters is based on an analysis of the stress-strain state and the formulation of boundary problems arise.

Key words: finite element method (FEM), Deform 3D, modeling, reverse the process of extrusion.

Получено 07.02. Технологии и оборудование обработки металлов давлением УДК 539.374;

621. С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), В.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХ- И ТРЕХСЛОЙНЫХ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ Приведены технологические схемы изготовления двух- и трехслойных листовых конструкций из высокопрочных листовых материалов.

Ключевые слова: высокопрочный материал, деформирование, пневмоформовка, сварка, давление, температура, толщина, лист, заготовка, предельные возможности.

Радиаторы в космических аппаратах устанавливают по внутренним и наружным поверхностям корпусов приборных и специальных отсеков, где необходимо поддерживать заданный температурный режим. Таким об разом, из панелей компонуют цилиндрические внутренние и внешние обо лочки, повторяющие контур отсека и образующие узел системы терморе гулирования. Конструктивно радиаторная панель представляет собой два беззазорно соединенных длинных листа с каналами между ними для цир куляции теплоносителя (рис. 1).

Профиль сечения канала имеет заданную геометрию, а сам канал может быть одно- или двухсторонним. Применяемые материалы - типа АД1-АД1, АД1-АМг6, 1511- АМг6. Толщины листов 1...1,5 мм для радиа торов с двухсторонним каналом (АД1-АД1) и для радиаторов с односто ронним каналом (АД1-АМг6). Радиаторы из листовых титановых сплавов типа ВТ6С применяют в узлах конструкций других функциональных на значений.

а б Рис. 1. Радиаторы (а), панели гофровые 3-слойные (б) Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Традиционный технологический процесс изготовления алюминие вых радиаторных панелей включает в себя следующие операции: соедине ние прокаткой в валках двух листов, на которые нанесены антисварочным покрытием рисунки каналов. Прокатка не обеспечивает необходимой гео метрии каналов при сварке, что приводит в дальнейшем к браку по геомет рии каналов до 70...80 %. Предлагаемый вариант технологии сводится к проведению на одной позиции обработки процесса, состоящего из после довательно выполняемых операций диффузионной сварки давлением газа двух листов и формообразования каналов газом, подаваемым между лис тами [1-3].

Точность расположения каналов и их геометрия здесь определяют ся только оснасткой. Порядок операций и режимы обработки представле ны в табл. 1.

Таблица Типовой технологический процесс (маршрут) формообразования двухслойных радиаторных панелей Технологические режимы Температура, № Операция Давление, Время, o МПа мин C 1 Подготовка исходных заготовок (резка, По отдельным технологическим обезжиривание, травление, промывка, процессам сушка) 2 Нанесение антидиффузионного покры тия на поверхности заготовок, соответ ствующие каналам (титановые спла То же вы).

900... Ионное травление в аргоне и вакуум 510... ное нанесение меди на поверхности заготовок, подлежащих соединению (алюминиевые сплавы) 3 Сборка пакета из двух заготовок и установка в штамп и в вакуумную –//– камеру 133,3 10-3 Па 900... 4 Нагрев заготовок с вакуумированием До 66,7 10 -2 Па 510... 5 Подача аргона на заготовки 4...4, 900...930 До и диффузионная сварка заготовок с 2,5...3, 510...530 40.. выдержкой под давлением 6 Силовое смыкание штампа. Переключе 900... ние подачи аргона между заготовками к 1...1,5 20... 510... местам формообразования каналов. Фор мообразование давлением газа Технологии и оборудование обработки металлов давлением Окончание табл. Технологические режимы Температура, № Операция Давление, Время, o МПа мин C 7 Снятие давления, подача и выключе ние газа. Охлаждение при закрытом До 200 200... штампе в проточном аргоне 8 Раскрытие штампа. Охлаждение. До 70 20... 9 Раскрытие камеры и съем изделия По отдельным технологическим процессам 10 Подготовка к последующим операциям Примечание: в числителе приведены значения технологических режимов для титано вых сплавов, а в знаменателе - для алюминиевых сплавов.

В целом содержание операций состоит для титановых сплавов из нанесения антидиффузионного покрытия (нитрид титана) на места, не под лежащие диффузионным соединениям, сварки в аргоне или вакууме дав лением газа при необходимых температурах и выдержках и последующего местного выпучивания не сваренных зон листов газом, подаваемым между листами. Для различных алюминиевых панелей нет необходимости закры вать зоны сварки антидиффузионным покрытием, так как его роль играет окисная пленка. Здесь необходимо, наоборот, открыть эти зоны. Это дос тигается ионным травлением пленки в ионах аргона и закрытие поверхно сти слоем меди вакуумного напыления. После этого листы диффузионно соединяют в вакууме давлением газа. Медь при этом активизирует про цесс, связывая свободный кислород на поверхностях соединений. Далее каналы раздувают газом. По основным операциям сказанное проиллюст рировано операционными эскизами, представленными в табл. 2. Следует отметить, что диффузионное соединение в твердой фазе не нарушает структуры материалов, равнопрочно им, и это обеспечивает высокий уро вень коррозионной стойкости и герметичности.

Таблица Эскизы переходов № Эскиз операции операции Титановые сплавы Алюминиевые сплавы Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Окончание табл. № Эскиз операции операции Титановые сплавы Алюминиевые сплавы 6, Для некоторых аппаратов функции радиатора выполняют трех слойные гофровые корпуса. Здесь обычно используют циркулирующий жидкий азот в качестве среды терморегулирования. Кроме того, такие кон струкции образуют корпуса сбрасываемых головных обтекателей. По штатной конструкции это гофровые цилиндрические или конические обо лочки, соединяемые заклепками с внутренней гладкой оболочкой и арго нодуговой сваркой – с наружной. Ограниченный уровень герметичности сварных швов лимитирует срок эксплуатации изделий. Слесарно клепальные работы трудоемки. Разработан новый вариант конструкции и технологии изготовления гофровой панели: диффузионная сварка газом листов в пакете и формообразование растяжением внутреннего листа дав лением подаваемого между листами газа [1, 2]. Порядок операций приве ден в табл. 3, а эскизы основных переходов – в табл. 4.

Единство процессов изготовления радиаторных и гофровых пане лей заключается в общности операций соединения и формообразования. В первом случае имеет место соединение листов диффузионной сваркой, во втором – сваркой плавлением. Операции формообразования газом как тех нологическое действие идентичны.

Технологии и оборудование обработки металлов давлением Таблица Типовой технологический процесс (маршрут) формообразования трехслойных гофровых панелей Технологические режимы № Операция Температура, Давление, Время, п/п o МПа C мин Подготовка исходных заготовок По отдельным технологическим 1 (резка, обезжиривание, травление, процессам промывка, сушка) Электронно-лучевая сварка трех листов в пакете с глубиной шва на 2 То же две заготовки с переворотом паке та заготовок Установка пакета из трех заготовок в штамп. Нагрев заготовок.

До 875... 3 10... Закрытие штампа. Герметизация 450... пакета по контуру прессовым дав лением Подача газа в пакет. Формоизме- 875... 4 1...1,5 нение 450... 875... 5 Выдержка под давлением газа 1...1,5 10... 450... Охлаждение в закрытом штампе До 6 До при постепенном сбросе давления газа Выключение подачи газа. Раскры 7 До 70 20... тие штампа. Охлаждение Полное раскрытие штампа. Съем изделия По отдельным технологическим процессам Подготовка к последующим опе рациям Примечание: в числителе приведены значения технологических режимов для титановых сплавов, а в знаменателе - для алюминиевых сплавов.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Таблица Эскизы переходов № Эскиз операции операции 5, 6, Промышленные образцы радиаторных двухслойных панелей и трех слойные гофровые корпусные панели показаны на рис. 2 и 3. Использова ны листовые заготовки исходной толщиной 1 мм;

габариты конструкций – до 500 500 мм при строительной высоте 10...30 мм.

а б Рис. 2. Радиаторные панели из сплавов АД1 + АМг6 (а) и 1511+АД1 (б) Технологии и оборудование обработки металлов давлением а б Рис. 3. Панели гофровые из титанового ВТ14 (а) и алюминиевого 1911 (б) сплавов Новые технологические процессы обеспечивают увеличение удель ной прочности в 1,5-1,7 раз;

уменьшение массы в 1,5 раза;

снижение тру доемкости в 2-3 раза;

увеличение коэффициента использования материала с 0,3 до 0,9.

Работа выполнена по государственным контрактам в рамках феде ральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.

Список литературы 1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.

2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009.

352 с.

3. Ларин С.Н., Чудин В.Н., Яковлев С.С. Технологические процессы Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. формоизменения двух- и трехслойных конструкций // Кузнечно штамповочное производство. 2010. №10. С. 45-48.

S. S. Yakovlev, S. N. Larin, V. N. Tchudin TECHNOLOGICAL SCHEMES OF MANUFACTURING OF TWO AND THREE-LAYER SHEET DESIGNS Technological schemes of manufacturing of two - and three-layer sheet designs from high-strength sheet materials are provided.

Key words: high-strength material, deformation, pnevmoformovka, welding, pressure, temperature, thickness, leaf, preparation, limiting possibilities.

Получено 07.02. УДК 621. Р.А. Тушин, асп., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ) ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ГИЛЬЗЫ Приведен анализ механических свойств и образования дефектов в гильзе при неверно выбранных режимах термообработки латунных гильз при заданных режимах деформирования полуфабрикатов.

Ключевые слова: отжиг, деформирование, латунь, трещины, выстрел.

В настоящее время производится много различных наименований стрелковых систем: начиная от пневматического и малокалиберного ору жия и заканчивая охотничьим. Разумеется, для использования, например, на соревнованиях или охоте такого оружия необходимы патроны. Произ водство патронов носит массовый характер, поэтому процесс их изготов ления должен быть наиболее простым и наименее затратным. Одной из со ставных частей патрона является гильза, которая может быть стальной, латунной или биметаллической. Выбор материала гильзы и совершенст вование технологии ее изготовления имеют немаловажное значение для обеспечения надежности действия оружия.

В качестве основного материала для большинства гильз использу ется латунь Л70 ГОСТ 15527-70 или ее импортный аналог. Латунь пред ставляет собой медно-цинковый сплав, механические свойства которого в основном зависят от содержания цинка, что и подтверждается диаграммой Технологии и оборудование обработки металлов давлением Шарпи, показанной на рис. 1.

Содержание цинка, % 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Временное сопротивление разрыву, кг/мм2 Относительное удлинение, % Рис. 1. Диаграмма Шарпи Из диаграммы видно, что наибольшее удлинение имеет сплав с 30 %-ным содержанием цинка, а наибольшее сопротивление разрыву — сплав с 45 %-ным содержанием цинка, хотя пластичность этого сплава в 2,5 раза ниже.

Учитывая условия работы гильзы во время выстрела и технологиче ские требования (способность материала к вытяжке), наиболее целесооб разной маркой латуни для гильз является сплав с содержанием цинка от до 32 %. Данная латунь достаточно пластична, чтобы выдержать большие операционные формоизменения, и вместе с тем хорошо упрочняется. По мимо этого, она обладает нормальной вязкостью и не адгезирует с инстру ментом в процессе пластической деформации.

Достижение механических свойств гильзы, т.е. требуемой схемы распределения прочности, в процессе ее изготовления обеспечивается со четанием применяемых режимов термической и холодной обработки дав лением.

Термическая обработка в процессе изготовления гильз заключается в общем нагреве и используется:

1) для сушки изделия после промывки в воде, растворе, растворе лака и т.д., эта операция условно отнесена к термообработке;

2) для устранения остаточных напряжений в латунных гильзах, спо собных привести к саморастрескиванию их при хранении;

3) для восстановления пластических свойств металла, потерянных при холодной обработке давлением;

4) для приобретения материалом необходимых по техническим ус ловиям механических свойств (схемы распределения прочности) в донной части и по корпусу гильзы в зависимости от обработки давлением.

Кроме этого, применяется еще и локальный нагрев для подготовки дульца гильзы к обжиму и получения в нем необходимых механических Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. свойств соответствующих эксплуатационных характеристик.

Режим тепловой обработки, т.е. сушки после промывки и лакирова ния гильз или нагрева гильз для устранения остаточных вредных напряже ний, должен удовлетворять следующим условиям:

нагрев не должен вызывать изменения механических свойств изде лия;

продолжительность выдержки изделий при выбранной температуре будет зависеть от характера производимой операции и типа оборудования.

На основании опытных данных установлено, что температура для сушки полуфабриката после промывки или лакирования или снятия на пряжений для выбранной латуни должна быть в диапазоне 200…225 С.

Превышение указанных температур, особенно для готовых гильз, вследствие падения твердости и повышения вязкости (рис. 2) приводит к появлению ряда нежелательных явлений после выстрела — прорыву газов по окружности капсюльного гнезда, а иногда и выпадению капсюлей.

Рис. 2. Изменение твердости предела текучести латуни Л в зависимости от температуры при выдержке в течение 30 мин Продолжительность пребывания изделия при заданной температуре зависит от характера используемого оборудования и способа нагрева.

Выбор режимов отжига для восстановления пластических свойств и придания необходимых механических свойств по корпусу и в донной час ти будущей гильзы в тех случаях, когда необходимая схема прочности по лучается в результате совместной механической и термической обработки, представляет одну из наиболее сложных технологических задач. Непра вильно выбранный режим отжига приводит к повышенному расходу инст румента, росту брака в процессе изготовления, а иногда и к совершенной непригодности патронов к стрельбе.


Технологии и оборудование обработки металлов давлением Исходя из заданной схемы прочности готовой гильзы и особенностей пооперационной обработки давлением, необходимую в процессе ее изго товления термообработку проводят по двум способам: окончательный отпуск с полным нагревом заготовки для сохранения полученной прочно сти и межоперационные отжиги для восстановления пластических свойств полуфабрикатов. В первом случае частично восстанавливаются пластиче ские свойства, а во втором металл подготовляется для получения необхо димой схемы прочности готовой гильзы. Из сказанного следует, что режи мы последнего отжига на вытяжных операциях следует назначить, исходя из схемы прочности готового изделия, учитывая механические свойства заготовки, поступающей на отжиг, и изменения этих свойств в процессе последующего упрочнения после отжига. Таким образом, причину появле ния тугой экстракции, трещин, продутий и других дефектов в первую оче редь следует искать в нарушении механических свойств полуфабрикатов, а, следовательно, в неправильно выбранном режиме термообработки. Низ кие температуры отжига при всех прочих равных условиях приводят к по вышенной жесткости гильзы, а, следовательно, к трещинам и отрывам при выстреле, а высокие температуры — к тугой экстракции (рис.3).

Рис. 3. Фотографии образцов Отжиг латуни позволяет существенно повысить ее пластичность.

После отжига латунь становится мягкой, легко гнется и хорошо вытягива ется. Для отжига ее нагревают до 450…500 С с выдержкой 40…60 мин и дают остыть на воздухе при комнатной температуре.

Характер трещин, появляющихся в результате неверно назначенного отжига, после отстрела гильз можно разделить на два вида: поперечные и продольные по корпусу.

Поперечная трещина образуется на расстоянии ~12 мм от дна гиль зы, 2/3 по окружности корпуса (рис. 3), а продольная трещина ~6 мм от дна Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. гильзы и на протяжении ~35 мм (рис. 4).

При визуальном осмотре стрелянных гильз отмечено, что попереч ные трещины зарождаются в зоне перехода дна в стенку гильзы (в зоне, наиболее подверженной осевым деформациям) или становятся продоль ными при наличии концентраторов – продольных царапин по корпусу гильзы (рис. 4).

Рис. 4. Продольные царапины по корпусу гильзы Приведенные на фотографии царапины образуются в результате на липания металла на матрицу.

Для анализа трещин была измерена твердость по всей длине стенки гильзы. На рис. 5 приведены графики распределения твердости по длине гильзы.

Рис. 5. Графики распределения твердости по длине гильзы: а – гильза, треснувшая после отстрела (повышенная твердость);

б – гильза, выдержавшая испытания (нормальная твердость) Таким образом, при выборе режимов деформирования полуфабри катов и параметров отжига необходимо учитывать схему распределения Технологии и оборудование обработки металлов давлением прочности в готовой гильзе, а обеспечить лучшее качество поверхности при вытяжке можно, используя твердосплавный инструмент.

Проведенные исследования позволили установить оптимальные режимы термомеханической обработки, выявить требуемые механические свойства металла и исключить образование трещин на гильзе после вы стрела.

R.A Touchin.

EFFECT OF HEAT TREATMENT OF MATERIAL ON THE PERFORMANCE OF THE SLEEVES The analysis of mechanical properties and defect formation in the pocket when incorrectly selected heat-treatment conditions brass shell casings at the given conditions of deformation semis is presented.

Key words: annealing, deformation, brass, crack shot Получено 07.02. УДК 621.777. Ву Хай Ха, асп., 963-695-73-26, vodangdaihiep@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Н.Д. Тутышкин, д-р техн. наук, проф., 960-613-94-15, nikolai.tutyshkin@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ) ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПО СХЕМЕ ПОДВИЖНОГО КОНТЕЙНЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ DEFORM-3D Рассматривается сила процесса обратного выдавливания деталей по схеме подвижного контейнера и сравнение его с результатом использования программы DEFORM-3D.

Ключевые слова: напряжение, степень деформации, сила деформации, мате риал, заготовка.

Возникновение активных сил трения позволяет получать более каче ственные изделия путём выдавливания. Материал заготовки, выдавливае мый из-под торца пуансона, течет в зазор между пуансоном и контейне ром. Если относительная скорость контейнера возрастает, то силы трения, приложенные к заготовке, также возрастают. Обратное выдавливание с ак тивными силами трения при различных скоростях контейнера позволяет снизить силы деформирования до 30 %. Если же контейнер не закреплен и под действием сил трения, вызванных течением металла деформируемой Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. заготовки, перемещается в направлении течения, то возможно снижение силы выдавливания только до 8 % по сравнению с обычным выдавливани ем [2].

При обратном выдавливании наблюдается сложное напряженное со стояние. Напряжения изменяются от одноименной схемы всестороннего сжатия до разноименной схемы с преобладающими напряжениями растя жения вблизи зоны свободного течения металла (рис. 1).

Сложный характер распределения по объему заготовки имеет также и деформация. Наибольшую деформацию получают зоны заготовки, ле жащие вблизи поверхности инструмента, передающего давление на полу фабрикат. Различные зоны заготовки претерпевают различную деформа цию как по величине, так и по направлению.

Величина неравномерности деформации по диаметральному сече нию детали больше при малых степенях обжатия. В зонах вблизи поверх ности инструмента, передающего давление, и в очаге интенсивной дефор мации наблюдается значительная неравномерность деформации.

Остальной объем заготовки проталкивается в формообразующую полость инструмента, практически не деформируясь.

Рис. 1. Механическая схема напряженно-деформированного состояния процесса обратного выдавливания по схеме подвижного контейнера:

1 – пуансон;

2 – контейнер;

3 - выталкиватель С ростом степени деформации зона наибольших деформаций уменьшается, но увеличивается величина деформации остального объема заготовки. Неравномерность деформаций по сечению снижается, а в ко нечной стадии процесса практически исчезает. Очагом пластической де Технологии и оборудование обработки металлов давлением формации охватывается не вся заготовка, а лишь зоны, прилегающие к формообразующим полостям инструмента.

Применение закона трения Амонтона - Кулона при анализе процес сов выдавливания приводит к неудовлетворительным результатам, осо бенно при анализе объемных процессов деформирования. Это связано с наличием значительных нормальных напряжений, в результате чего про исходят пластическая деформация контактной поверхности и потеря ли нейной зависимости силы трения от нормальной нагрузки [2]. Поэтому в теоретических исследованиях процессов выдавливания желательно ис пользовать закон постоянного трения (закон Зибеля).

Согласно теории пластичности величина предельного касательного напряжения не может превышать 0,5 s. Из этого следует, что макси мальное значение коэффициента трения равно 0,5, что подтверждает факт прилипания материала к инструменту с последующим его срезом в зоне контакта. Кроме этого, в приведенных выше работах принимали ряд до пущений математического характера.

Штамповку выдавливанием стремятся применять для изготовления поковок из труднодеформируемых металлов и сплавов, напряжение теку чести которых более 1000 МПа. Удельная сила деформирования, прило женная к торцу пуансона, при выдавливании таких материалов может быть высокой. В этом случае трудно ожидать удовлетворительной стойкости рабочих элементов штамповой оснастки.

В связи с указанным целесообразно выбирать такие схемы дефор мирования при штамповке выдавливанием, которые можно осуществить при приложении меньших удельных сил деформирования. В работах [1] и [2] указано, что изменение характера приложения внешних сил, в частно сти сил трения, приводит к изменению схемы напряженного состояния и к уменьшению удельных сил деформирования на контактных поверхностях заготовки и рабочего инструмента.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что выбор наиболее удачной схемы деформирования способствует повышению стойкости ра бочего инструмента. В частности, при таких внешних силах пластические деформации будут равномерны в объеме заготовки. В этом случае направ ление касательных напряжений на боковой поверхности заготовки и тече ние материала совпадают.

Ниже приведем выражения основных параметров процесса обрат ного выдавливания, т. е. удельной силы деформирования и относительной высоты очага пластической деформации, полученных Л.А. Шофманом [1] и А.Г. Овчинниковым [2].

У Л.А. Шофмана 0, 5 µ d q = 2 в (2 + ), (1) S Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. где d - диаметр пуансона;

S - толщина детали, µ - коэффициент трения.

По Л. А. Шофману сила при обратном выдавливании определяется по формуле F P = k в ln F, (2) F Fn где F и Fn - площади поперечного сечения заготовки и пуансона;

k коэффициент упрочнения, k = 3,5...4, 0 для алюминия и k = 2, 5...3, 0 для меди, латуни и малоуглеродистой стали;

в - временное сопротивление У А.Г. Овчинникова 1 2 + µ П (1 2 µ k R ) h y R + qa = + + + 0,82, (3) ( ) 2 R2 1 3 R4 + 4hy 1 (R ) 1 + µП ( ) 2 1 + k 1 0, 2e s 0,8e 5 s P =.r 2.qa. s, (4) где h y = 2 (1 2 µ k R ) y где R = R / r - относительный радиус контейнера;


e – основание нату рального логарифма;

s – относительная величина рабочего хода выталки вателя, отнесенная к радиусу пуансона;

k y – коэффициент упрочнения, учитывающий влияние среднего угла наклона кривой упрочнения на высо ту очага пластической деформации;

hy - начальная высота очага пла µ k - коэффициент трения по контейнеру;

µ П стической деформации;

коэффициент трения по пуансону;

P - сила деформирования;

r - Радиус пу ансона;

s - напряжение текучести деформируемого материала.

Исходные данные для моделирования холодного процесса 1. Моделирование процесса выдавливания проводилось для половины детали, так как стакан является осесимметричным изделием.

2. Температура материала заготовки и инструмента равнялась 20 С.

3. Кривая упрочнения стали 60 в программном комплексе Deform 3D отсутствует, поэтому ее заменили кривой упрочнения соответст вующего американского аналога стали 60 - AISI-1060.

4. Заготовку разбили на 20 000 конечных элементов (рис. 2 и рис. 3).

5. В качестве модели перемещения был принят закон скоростей:

При осуществлении моделирования процесса обратного выдавливания по схеме подвижного контейнера считалось, что выталкиватель перемещается со скоростью, равной 4 мм/с, при неподвижном пуансоне. Контейнер так же перемещается в направлении движения течения металла с постоянной Технологии и оборудование обработки металлов давлением скоростью 5 мм/с. Коэффициенты трения задавались для всех вариантов задач и полуфабриката заданного диаметра равными 0,18. В качестве срав нения толщина дна полуфабриката бралась 5 мм.

Результаты расчета выборочно представлены в виде графиков (рис. 4-6).

Рис. 2. Разбивка заготовки (Ф=36 мм) на 20 000 конечных элементов Рис. 3. Разбивка заготовки (Ф=60 мм) на 20 000 конечных элементов Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Рис. 4. Панель задания свойств материала при задании свойства стали AISI- Рис. 5. График зависимости силы процесса обратного выдавливания с диаметром заготовки 36 мм Технологии и оборудование обработки металлов давлением Рис. 6. График зависимости силы процесса обратного выдавливания с диаметром заготовки 60 мм В конечном итоге результаты расчетов силы были сведены в табли цу.

Методы расчета силы и отклонение (,%) расчетных значений от значений, полученных в программе DEFORM-3D Значения силы Р, Н Диаметр Диаметр Метод расчета силы полуфабриката 36 мм полуфабриката 60 мм µ=0,18,% µ=0,18,% 6, 7 1,3. Метод Овчинникова 5,80 3, 8, 5 1,6.10 Метод Шофмана -15,94 -22, Сила, рассчитанная в про 1,38 10 6 6,93 - грамме DEFORM-3D Результаты расчета, полученные в DEFORM-3D, близки к результа там А.Г. Овчинников в работе [2] в пределах 1…6 % в зависимости от ко эффициента трения. Такое сближение результатов расчета связано с уче том тянущей силы подвижного контейнера.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Процесс обратного выдавливания с активными силами трения по лучил широкое применение при изготовлении полуфабрикатов. Активные силы трения создаются в результате движения контейнера в сторону исте чения металла.

Результаты расчетов, полученные в DEFORM-3D, позволят быст рей подойти к отладке процесса изготовления стаканов из стали 60 на спе циализированном прессе с подвижным контейнером и установить опти мальные силовые параметры.

Список литературы 1. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах: учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1983. 200 с.

2. Шофман Л.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки:

учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1964. 368 с.

3. Комплексные задачи теории пластичности / Н.Д. Тутышкин [и др.];

под ред. Н.Д. Тутышкина, А.Е. Гвоздева. Тула: ТулГУ- «Тульский по лиграфист», 2001. 377с.

4. Шестаков Н.А. Расчеты процессов обработки металлов давлени ем. Решение задач энергетическим методом: учеб. пособие. М.: МГИУ, 2008. 344 с.

5. DEFORMTM 3D Version 10.0 User’s Manual.

Vu Hai Ha, N.D. Tutyshkin FORCE DEFORMATION STUDY OF RETURN EXTRUSION PARTS OF THE PLAN FOR MOBILE CONTAINER USING THE PROGRAM DEFORM-3D Examines the process of reverse extrusion force components under the scheme of rolling the container on the theory and its comparison with the results of the program DEFORM-3D has a broad meaning in practice the design process and technology.

Key words: Stress, strain, force deformation, material, workpiece.

Получено 07.02. Технологии и оборудование обработки металлов давлением УДК 621. А.Н. Петров, канд. техн. наук, доц., 8(916) 505-07-54, alexander_petr@mail.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ») ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ Приведены типовые конструкции устройств для ручного и автоматизиро ванного нанесения коллоидно-графитовых смазочных материалов на штампы горячего деформирования в зависимости от условий производства.

Ключевые слова: штамп, температурный режим, коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, распылительные устройства, бак, резервуар, эффективность, оптимизация.

Эффективность смазки штампов в значительной мере зависит от способа нанесения, времени нанесения и количества нанесения смазочного материала [1]. Существует мнение, что равномерное нанесение смазочного материала на штамп значительно повышает его стойкость. Даже самые лучшие смазочные композиции, наносимые на штамп, например, полив кой, приводят к отрицательным результатам при промышленных испыта ниях [2]. Получение равномерного смазочного слоя на поверхности инст румента достигается за счет распыления с помощью различных смазывающих устройств. Известны исследования влияния различных па раметров (расстояние между форсункой и штампом, угол нанесения сма зочного материала на штамп, сечение факела и др.) на эффективность про цесса смазывания штампов. Применение специальных смазывающих устройств особенно становится актуальным для коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе. Эти материалы широко исполь зуют на автоматизированных горячештамповочных линиях и универсаль ных прессах. Оптимизация теплового режима работы штампа за счет авто матизированного (механизированного) процесса его смазывания одно из условий повышения его стойкости. Фирма «Acheson» (Англия) на протя жении многих десятилетий разрабатывает и совершенствует конструкции устройств нанесения смазочных материалов на штампы. Первые разработ ки этой фирмы представляли собой резервуары емкостью от 25 до 200 лит ров. Специальный пистолет-распылитель сначала сдувает окалину со штампов, а затем смазывает штампы. На рис. 1 изображено устройство для нанесения смазочных материалов с помощью ручного пистолета.

В условиях серийного производства на универсальных прессах при меняют устройства, состоящие из небольших навесных бачков емкостью литров и распылительного пистолета. Конструкции пистолетов [3] могут быть различные, но принцип работы для всех конструкций один и тот же.

На рис. 2 показаны типовые конструкции пистолетов-распылителей.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. Рис. 1. Устройство DAG200 фирмы «Acheson»

.

Рис. 2. Пистолеты-распылители для смазки штампов Технологии и оборудование обработки металлов давлением При нажатии на рукоятку 4 сначала открывается первый клапан по дачи воздуха по трубке 3. Происходит сдув окалины со штампа. Затем при дальнейшем нажатии на клапан открывается второй клапан и по трубке подается смазочный материал. В зоне насадки 1 происходит смешивание смазочного материала с воздухом и на выходе происходит распыление по лученной смеси на штамп. Подвод смазочного материала и воздуха к пис толету осуществляется посредством штуцеров 5. Выбор тех или иных средств нанесения смазочных материалов на штампы зависит главным об разом от требуемого темпа штамповки.

В условиях крупносерийного и массового производства на автома тизированных линиях вместо ручного пистолета устанавливают стацио нарные форсунки в зоне штампового пространства. Конструкции форсунок могут быть простыми в виде медных трубок диаметром порядка 5 мм или специальными с регулировочной головкой. На рис. 3 показан фрагмент зо ны штампового пространства автоматизированной горячештамповочной линии с грейферным перекладчиком. Специальные форсунки закреплены на ползуне пресса и в нижней части штампов.

Рис. 3. Форсунки фирмы «Acheson» (Англия) Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. В России завод тяжелых механических прессов ОАО «ТМП» (г. Во ронеж) выпускает автоматизированные горячештамповочные линии, кото рые оснащаются смазочными устройствами на базе резервуаров емкостью 200…250 литров (два резервуара) каждый (рис. 4).

Рис.4. Фрагмент автоматизированной горячештамповочной линии в комплексе с установкой для нанесения смазочных материалов ОАО «ТМП» (г. Воронеж) Зарубежные фирмы оснащают автоматизированные горячештампо вочные линии смазочными устройствами на базе баков низкого давления емкостью от 250 литров до 1 куба. Перекачка смазочного материала из ба ка и подача его к штампам выполняются с помощью насосов. Такие конст рукции позволяют значительно повысить эффективность работы автомати зированных линий. В настоящее время за рубежом широко используют роботы фирм «ABB», «Kuka», «Comau» и др. для нанесения смазочных ма териалов на штампы. Роботы в технологических процессах могут играть роль перекладчика заготовок с позиции на позицию и одновременно смаз чика штампов.

Таким образом, устройства для нанесения коллоидно-графитовых смазочных материалов позволяют оптимизировать тепловой режим работы штампов, повысить стойкость штампов, снизить себестоимость продукции и улучшить условия труда[1]. Термостабилизация штампа осуществляется за счет изменения времени нанесения коллоидно-графитовых смазочных Технологии и оборудование обработки металлов давлением материалов, частоты повторения смазки штампов и изменения концентра ции коллоидно-графитового смазочного материала [1].

Список литературы 1. Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное произ водство и Обработка металлов давлением. 2011. №10. С. 45-48.

2. Охрименко Я.М., Смирнова Ю.В., Юхтанов Д.В. Защитно смазочные покрытия и смазочно-охлаждающие жидкости. М.: Машино строение, 1983. 64с.

3. Сергеев Ю.Н., Лаптев Д.В., Петров А.Н. Исследование средств механизированного и автоматизированного нанесения технологической смазки на деформирующий инструмент в кузнечном производстве ЗИЛ //Кузнечно-штамповочное производство. 1982. №9. С. 34- A.N.Petrov OPTIMIZAZIYA OF THE TEMPERATURE MODE WORKS OF STAMPS OF HOT DEFORMATION Standard designs of devices are given for the manual and automated drawing of colloidal and graphite lubricants on stamps of hot deformation depending on conditions of production.

Key words: stamp, temperature mode, colloidal and graphite lubricants, hot volume punching, raspylitelny devices, tank, tank, efficiency, optimization.

Получено 07.02. Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. УДК 621. С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), К.С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ) МНОГООПЕРАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА КУПОЛООБРАЗНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Изложен технологический процесс изготовления куполообразных деталей из высокопрочных титановых сплавов.

Ключевые слова: вытяжка, технологический процесс, прокатка, пуансон, мат рица, анизотропия, отжиг, технологические параметры.

В последнее время сплавы на основе титана все шире применяются в изделиях, работающих при криогенных температурах. Одним из пер спективных титановых сплавов для работы при низких температурах явля ется сплав ПТ-3Вкт, содержащий в качестве легирующих компонентов алюминий и ванадий.

Получение днищ с геометрическими соотношениями s D 0,003 и Н D = 0,5 из труднодеформируемых сплавов представляется весьма труд ной технологической задачей и в настоящее время часто решается точени ем из заготовок, изготовленных методом объемной штамповки. Однако трудоемкость механической обработки очень высока, а коэффициент ис пользования металла очень мал. Наиболее приемлемым способом изготов ления полусферических тонкостенных заготовок из титана будет штампов ка из листовой заготовки с последующим химическим фрезерованием [1-3].

Штамповка крупногабаритных деталей ( D 1000 мм) с подогревом требует дорогостоящего нагревательного устройства в штампе, и при этом значительно повышается зональное утонение днища, что неизбежно вызо вет необходимость увеличивать толщину заготовки, снизит коэффициент использования материала (КИМ) и увеличит массу изделия [3].

Только метод ступенчатого набора с последующей калибровкой по зволяет штамповать титан вхолодную, избежав всех вышеуказанных не достатков. Сущность метода заключается в последовательной цилиндриче ской вытяжке со средним коэффициентом вытяжки md cp = 0,8 с межоперационными отжигами, обтяжкой по пуансону и калибровкой взрывом.

На первой операции осуществляется обычная вытяжка цилиндриче ского стакана с диаметром, равным диаметру первой ступени (максималь Технологии и оборудование обработки металлов давлением ный диаметр). За каждую последующую операцию вытяжки осуществляется получение цилиндрического участка с диаметром, равным диаметру сле дующей ступени. При этом одновременно уменьшается высота цилиндри ческого участка, полученного на предыдущем переходе, до заданного зна чения. При правильном расчете размеров заготовки на последней операции вытяжки получают последнюю ступень с заданными диаметральными раз мерами и высотой.

Использование этого метода при обработке титановых сплавов име ет следующие особенности (рис. 1).

1. Вытяжку цилиндрического станка в первой операции осуществ ляют до полного исчезновения фланца на диаметр, равный (1,15…1,25) Dсф.

2. Формирование фланца полусферы осуществляют на второй опе рации, полностью перетягивая стенку первого перехода в стенку и фланец второго ( D2 =1054 мм).

3. Вытяжку на третьей операции ведут таким образом, чтобы высо та оставшейся стенки второго перехода позволяла ступенчатому полуфаб рикату «вписаться» в сферическую калибровочную матрицу при укладке.

4. Обтяжку ступенчатого полуфабриката по сферическому пуансону ведут в две операции с промежуточными отжигами без вытягивания флан ца из-под прижима, причем степени расправляются не полностью.

Рис. 1. Эскизы полуфабрикатов по операциям вытяжки Калибровка взрывом ведется в два подрыва с промежуточным от жигом, причем в первом подрыве фланец зажат максимальным давлением гидрозажимов с силой 2000 кН и происходит окончательное разглажива Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. ние ступеней, а во втором втягивание недостающего металла из-под фланца.

У отштампованной полусферы отрезается фланец и вырезается от верстие 350 мм в дне. Затем деталь проходит операцию химического фрезерования.

Первоначально из-за отсутствия титанового листа шириной до 2000 мм штамповка велась из сварной заготовки, причем сам ступенчатый набор проводился вхолодную на пресс УЗТМ с силой 10000 кН, а обтяжка по пуансону в сферическую матрицу - с подогревом в печи при T = 900 °С.

Несмотря на то, что штамп для калибровки имел пуансон, набран ный из текстолитовых колец, и текстолитовый прижим, заготовка при пе реносе из печи и укладки в штамп остывала до T = 400…450 °С, и в ре зультате металл выходил из температурного интервала хорошей пластичностью (рис. 2). Как следствие, большинство заготовок разрыва лось по сварному шву, и брак достигал 90 %.

Рис. 2. Зависимости изменения механических характеристик ( в, 0, 2 и ) от температуры обработки Применялся лист из титанового сплава ПТ-3Вкт размером 2000 2000 3,5 мм. Механические характеристики титанового сплава ПТ 3Вкт: условный предел текучести 0, 2 = 630...730 МПа, временное сопро тивление в = 660...760 МПа, относительное удлинение после разрыва = 21 %;

относительное равномерное удлинение р = 7,65 %.

Выполнены исследования кристаллографической текстуры листа в исходном состоянии как важный показатель анизотропии листа и штам Технологии и оборудование обработки металлов давлением пуемости. Кроме того, дефекты, возникающие при штамповке и оконча тельные свойства днища, имеют непосредственную связь с изменением текстуры при формообразовании и отжигах. Исследование текстуры про водилось рентгеновским методом с помощью анализа прямых и обратных полюсных фигур, полученных в результате съемок «на отражение».

Съемка дифрактограмм для построения полюсных фигур произво дилась на аппарате ДРОН-0,5 в отфильтрованном медном излучении с при менением дифференциальной дискриминации. Для съемок была использо вана текстурная приставка ГП-2, а для увеличения числа зерен, участвующих в отражении, использовалось возвратно-поступательное движение образца, которое предусмотрено в приставке ГП-2.

Известно, что наиболее благоприятной для вытяжки текстурой лис та является базисная текстура (0001) [10 1 0] или близкая к ней. Получен ный лист, как выяснилось при рентгеноструктурных исследованиях, опи сывается двумя компонентами: (0001) [10 1 0] и (0001) ± 60° НН -ПН [10 1 0] (здесь НН - направление нормали к поверхности листа;

ПН - попе речное направление относительно направления прокатки). Проведенные механические испытания показали, что такая текстура обеспечивает коэф фициент нормальной пластической анизотропии R = 2...3 и практически изотропное состояние в плоскости листа.

Опыт штамповки нового листа ПТ-3Вкт показал, что, несмотря на принципиальную верность выбранной технологической схемы, процесс был нестабилен. Высокий процент брака (до 25 %) из-за образования мик ротрещин на внешних радиусах первой и второй операции, а также на внутренней поверхности полусферы после калибровки требовал проведе ния исследований для выявления и устранения причин образования разры вов и дальнейшей отработки технологического процесса. Исследования велись в направлении установления оптимальной температуры отжига, борьбы с газонасыщенным слоем и анализа изменения текстуры в процессе деформирования и при отжигах (истории деформации по участкам).

Отжиг, снимающий нагартовку, приводит к образованию на по верхности титана так называемого газонасыщенного слоя, имеющего по вышенную твердость и хрупкость. Как правило, газонасыщенный слой мог являться причиной образования микротрещин.

Исследования на образцах для определения глубины газонасыщен ного слоя методом замера твердости и исследования микроструктуры по сле травления показали, что рекристаллизационный отжиг при T = 800, 850, 900 °С формирует газонаcыщенный слой глубиной от 0,2 до 0,5 мм при отжиге в течение 1 часа. Устранить полностью слой такой глубины не представлялось возможным, так как. это вывело бы за пределы допуска по толщине в детали в нехимфрезеруемой зоне.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. В то же время отжиг при T =650 °С в течение 5 часов, как показали исследования, формирует газонасыщенный слой на глубину не более 10 мкм (0,1 мм), что вполне приемлемо при 4-5 межоперационных отжигах по 1 часу, которые проходят ступенчатый полуфабрикат до калибровки.

Параллельно проводились исследования влияния отжигов на тек стуру листа. Отжиги образцов исследованного сплава проводились в ваку умной трубчатой печи при температуре 650 °С;

при этой температуре дос таточно активно развиваются рекристаллизационные процессы.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.