CC BY
31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Завьялов, Ю.С. Методы сплайн-функций [Текст] / Ю.С. Завьялов, Б.И. Квасов, В.Л. Мирошниченко,— М.: Наука, 1980,— 352 с.
2. Завьялов, Ю.С. Сплайны в инженерной геометрии [Текст] / Ю.С. Завьялов, В.А. Леус,
В.А. Скороспелое,— М.: Машиностроение, 1985.— 224 с.
3. Панкратов, Ю.М. Профилирование обкатных инструментов [Текст] / Ю.М. Панкратов,— СПб.: Изд-во «Политехника-сервис», 2010,— 158 с.
УДК.621.735.79
М.М. Радкевич, Д.Ю. Фомин
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК
Конкурентоспособность выпускаемой машиностроительной продукции в условиях рыночной экономики во много определяется оптимальным соотношением конечной стоимости готового изделия и его эксплуатационными показателями. Разработка новых, равно как и оптимизация существующих техпроцессов штамповки, открывает значительные возможности для снижения производственных издержек, а следовательно, повышения рентабельности производства.
При изготовлении изделий методами обработки металлов давлением (ОМД) широкое применение находят технологические процессы горячей и холодной штамповки. За рубежом, в частности в Германии, на заводах фирм «Хиршфогель АГ» и «Виланд Верке», активно внедряются техпроцессы теплой (полугорячей) штамповки [1], сочетающие преимущества холодной и горячей штамповок. В результате получают изделия, обладающие комплексом высоких механических свойств, меньшими припусками на обработку, что позволяет снизить расходы на механическую обработку, уменьшить потери металла на угар. В совокупности все это приводит к снижению производственных затрат на энергоносители.
Сочетая в едином цикле технологического процесса полугорячую штамповку и термическую обработку, добиваются эффекта повышения механических свойств по сравнению с получаемыми по стандартной заводской технологии изготовления различных деталей из конструкционных сталей машиностроительного назначения.
Однако внедрение полугорячей штамповки в промышленное производство началось лишь с конца 1970-х годов [2]. Сдерживающий фактор развития технологии полугорячей деформационно-термической штамповки — недостаточная изученность процесса и отсутствие сведений о влиянии механико-термических параметров на структуру и свойства поковок.
В этой связи перед нами стояла задача более полного изучения влияния режимов технологического процесса полугорячей штамповки поковок из различных сталей на конечную структуру и механических свойства получаемых изделий.
На основе анализа теоретических сведений и изучения закономерностей формирования структурного состояния стали при горячей и холодной штамповке необходимо было предложить оптимальные энерго- и материалосберегающие режимы полугорячей штамповки типовых, круглых в плане, а также удлиненной формы поковок из стали 40Х и 20X13. А затем в результате проведения штамповки по оптимальному и заводскому режиму, получить данные и сопоставить механические свойства и структуру полученных образцов.
Анализ теоретических сведений о закономерностях формирования структурного состояния стали и систематизация имеющихся литературных сведений по изучению технологии теплой штамповки [1,3,4] и режимах деформационно-термической обработки при горячей штамповке в открытых штампах [2,5,6] позволили выбрать параметры термомеханического
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2-1'2012
Рис. 1. Отштампованные поковки (а — выдавливанием; б — облойной штамповкой)
воздействия на металл в условиях полугорячей деформационно-термической обработки.
Такими параметрами являются температура нагрева Гн, температура начала деформации (штамповки) Гд, время последеформационной паузы тп, степень деформации е и температура отпуска Т0.
Для исследования влияния параметров полугорячей деформационно-термической штамповки на формирование структуры и механических свойств в производственных условиях были выбраны две типовые поковки (рис. 1), полученные на кривошипном горячештамповочном прессе с усилием 2500 т. с. Поковки штамповали по заводскому стандартному режиму и по режиму полугорячей деформационно-термической обработки. Кроме того, обработка осуществлялась по двум разным схемам — выдавливанием в закрытых штампах и облойной штамповкой в открытых штампах. Выбор двух схем объясняется необходимостью дальнейшего сопоставления полученных результатов влияния параметров полугорячей деформационно-термической обработки Гн, Гд, тп, е и Т0 на получаемый комплекс механических свойств и структуру поковок в условиях штамповки их в открытых и закрытых штампах.
Поковка «вал инжектора» (рис. 1, а) изготавливалась на КГШП в закрытом штампе из стали 40Х по технологии полугорячей штамповки на фирме Хиршфогель (OJSC «Hirschwogel AG», Deutschland) по следующему режиму: Гн = 1200 °С, Гд = 950 °С, тп = 30 с, охлаждение в масло, Т0 = 520 °С.
Поковка «серьга»(рис. 1, б) изготавливалась на КГШП в открытом штампе из стали 20X13 по технологии полугорячей штамповки на предприятии ООО «Кировский завод» по режиму: Гн = = 1200 °С, Гд = 950 °С, тп = 30 с, охлаждение в масло, Tö = 450 °С.
Стандартный заводской режим штамповки обеих поковок заключался в нагреве до 1200 °С, штамповке при 1200 °С, охлаждении на воздухе и последующей термической обработке (закалка и высокий отпуск).
После штамповки поковок из них были изготовлены образцы для проведения механических испытаний и металлографических исследований. Результаты механических испытаний поковок из исследуемых сталей, отштампованных по заводскому режиму и режимам полугорячей деформационно-термической штамповки, представлены на рис. 2.
Анализ результатов механических испытаний поковок из стали 40Х и 20X13 (рис. 2, а, б), изготовленных по режимам полугорячей деформационно-термической штамповки, показал, что прочностные характеристики — предел прочности (ав), условный предел текучести (а02) — выше, чем у поковок, изготовленных по стандартной заводской технологии так для стали 40Х ав выше на 10 %, а02 выше на 12,5 %. Следует отметить, что для поковок из стали 20X13 наблюда-
Qa, Мла HRCxlO дОД Мпа 5x10,% ухЮ,% KCUh
Дж/хя.см
□ Полугорячая штамповка; 0 Стандартный заводской режим
Qb, Мла HRCxlO f?0,2, Мпа 5x10,% KCU,
Дж/кв.см
□ Полугорячая штамповка; □ Стандартный заводской режим
Рис. 2. Механические свойства поковок (а — сталь 40Х; б— сталь 20X13)
а)
I
Рис. 3. Микроструктура поковок из стали 40Х (а — заводская технология; б — полугорячая штамповка. х340)
ется более значительное повышение прочностных характеристик по сравнению с обработкой по заводской технологии. Что же касается характеристик пластичности, то для обеих сталей они на уровне технических требований или несколько выше по сравнению с полученным по заводской технологии.
Микроструктура поковок из исследуемых сталей, изготовленных по режимам полугорячей деформационно-термической штамповки и по заводской технологии, показана на рис. 3 и 4. Микроструктура поковок из стали 40Х после изготовления их по заводской технологии (рис. 3, а) представляет смесь феррита и перлита с укрупненными областями свободного феррита, в то время как при полугорячей штамповке (рис. 3, б) разнозернистость структуры металла снижается и наблюдается более равномерное распределение феррита, перлита и образовавшегося в незначительном количестве мартенсита.
Исследования микроструктуры стали 20X13 показали, что при полугорячей штамповке поковок из стали 20X13 (рис. 4, а) структура стали со-
стоит из измельченного мартенсита, в то время как при штамповке по заводскому режиму (рис. 4, б) наблюдается более крупнозернистая структура.
Таким образом, металлографические исследования феррито-перлитных и мартенситных сталей дают основания утверждать, что в результате применения полугорячей деформационно-термической штамповки поковок из сталей 40Х и 20X13 формируется структура, для которой характерны большая однородность и дисперсность. Как следствие, комплекс механических свойств сталей после такой обработки значительно выше по сравнению заводскими режимами горячей штамповки.
В результате проведенных исследований установлено, что применение полугорячей деформационно-термической обработки в условиях штамповки в закрытых и открытых штампах обеспечивает получение поковок из легированных сталей с комплексом более высоких механических свойств по сравнению с изготовлением их по стандартной заводской технологии.
х
а — полугорячая штамповка; б — заводская технология
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2-Г2012
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dahme, М. Forged Components [Текст] / М. Dahme.— Germany: Egger, Landsberg am Lech.— 2011.
2. Радкевич, M.M. Технология упрочняющей деформационно-термической обработки [Текст] / M.M. Радкевич,- СПб., 2003.
3. Kugler, Н. Umformtechnik.Umformen metallischer Konstruktionswerkstoffe [Текст] / Н. Kugler.— Germany: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2009.
4. Szebsdat, O. Presentation of the forging industry [Текст] / О. Szebsdat, Н. Apholt.— Germany: Infostel-
le, 2008.
5. Радкевич, М.М. Особенности формирования очага деформации в условиях деформационно-термической обработки [Текст] / М.М. Радкевич // Металлообработка,- 2005. № 6(30).- С. 24-27.
6. Радкевич, М.М. Формирование структуры сталей в условиях программной механико-термической обработки [Текст] / М.М. Радкевич, А.И. Новиков, Д.Ю. Фомин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер.: Наука и образование,- 2010. №4.- С. 192-196.
УДК 621.983.044
B.C. Мамутов
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ
Эле ктрогидрои м пул ьс пая штамповка (ЭГИШ) — эффективная технология изготовления сложных точных крупногабаритных деталей из тонколистовых металлов и труб в условиях мелкосерийного производства. Одна из главных проблем ЭГИШ — низкий коэффициент полезного действия, который при штамповке в закрытых камерах обычно не превышает 10—20 %. Минимизировать потери энергии может компьютерное моделирование процесса ЭГИШ, учитывающее комплекс электрических и физико-механических явлений, характеризующих процесс. Построение компьютерных моделей требует достоверных экспериментальных данных по параметрам процесса, в первую очередь — по характеристикам импульсного давления. Для этого требуется надежная конструкция датчика давления, методика его тарировки и опыт измерения в условиях ЭГИШ.
Наиболее важные характеристики импульсного давления с точки зрения обработки металлов давлением — это форма давления, амплитуда, фронт (время достижения максимума) и общая длительность. Перечисленные параметры являются исходными при выборе типа изме-
Исследования, связанные с измерениями, выполнялись по проекту МИ I Ц N° 1593
рительного преобразователя, при проектировании датчиков и согласующих устройств, тарировке и практическом применении [1].
В статье представлены методика и результаты измерения импульсного давления в процессах ЭГИШ. Исходными данными являются следующие параметры давления, характерные для процессов ЭГИШ: длительность импульса в пределах 20-1000 мкс, фронт в пределах 1-50 мкс, амплитуда до 500 МПа.
Конструкция датчика давления. Промышленность не выпускает датчики и аппаратуру для измерения параметров давления в указанных диапазонах, а тем более для тарировки подобных датчиков. При этом измерения осуществляются в условиях сильных электромагнитных наводок, защита измерительного тракта от которых достаточно сложна. Конструкция пьезодатчика с акустическим стержнем, применявшаяся для измерения параметров давления при электрическом разряде в жидкости, представлена на рис. 1.
Аналогом для разработки выбрана конструкция датчика с акустическим стержнем [2]. В качестве чувствительного элемента 1 применялись таблетки пьезокерамики из цирконата титаната свинца (ЦТС-19). В качестве материала акустического стержня 2 применялся металлический или порошковый кадмий, имеющий хорошее
