CC BY
207
2. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982.
N.V. Tretyakov
ELECTRICAL AND ANALOG MODELING OF THE KINETICS BURNISHING CONTACT MATERIALS AT DIFFERENT STAGES OF USE MACHINE PARTS
This article investigates questions of determining the surface of the life cycle of machine parts and simulated running-surface kinetics
Key words: roughness, relative to the reference profile length, factual contact area
Получено 17.10.12
УДК 623.451.4.082.6
М.С. Воротилин, канд. техн .наук, доц., (4872) 35-05-50, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ), Т.И. Дронова, канд. техн .наук, инж., (4872) 35-05-91, tanva 141721 @гатЬ1ег. ги (Россия, Тула, ТулГУ)
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КУМУЛЯТИВНЫХ ОБЛИЦОВОК
Рассмотрено изменение микроструктуры материала кумулятивной облицовки в процессе ее изготовления, влияние структуры материала на координаты схлопыва-ния и глубину пробития.
Ключевые слова: кумулятивная облицовка, размер зерна, координаты схлопы-
вания.
Как известно, применение медных кумулятивных облицовок (КО), имеющих неоднородную структуру, состоящую из крупных и мелких зерен или обособленных участков, приводит к уменьшению глубины пробития преграды кумулятивным зарядом (КЗ). Это предъявляет определенные требования к величине зерна металла, предназначенного для изготовления кумулятивной облицовки. При изготовлении КО возникают условия, способствующие сохранению неоднородности структуры исходного материала заготовки, хотя зерно в результате деформации становится мельче. В связи с выше изложенным возникает необходимость контролировать величину зерна на этапах изготовления исходного материала и заготовки.
Анализ опубликованных экспериментальных данных стационарных испытаний, проведенных на ОАО «АК «Туламашзавод» по результатам конструкторско-технологической отработки КЗ, показал, что в зависимости от конструкции и технологии изготовления КО изменяется глубина пробития КЗ. Так в конструкции воронки № 1 отсутствует цилиндрическая часть (юбка) в основании конуса и имеются радиуса скругления при вершине снаружи и внутри. Микроструктура материала КО № 1 состояла из
зерен 6 ... 9 номеров по ГОСТ 21073.1 - 75 и была изготовлена по следующей технологии: раскатка в размер чертежа; отжиг в защитной среде при Т = 380 ... 450 °С с выдержкой не менее 30 мин, при большем времени отжига не более 2 часов; правка в жесткую матрицу; механическая обработка [1].
Для оценки влияния угла раствора воронки на пробитие были проведены подрывы КЗ с 60° воронками, которые показали достаточно стабильные результаты: основной заряд - 640. 900 мм.
При завершении испытаний генератор боевой части был усовершенствован, дальнейшие испытания КЗ с измененным генератором дали следующие результаты: спецсборка № 1 - 700. 860 мм.
Для улучшения прохождения кумулятивной струи к преграде после срабатывания лидирующего кумулятивного заряда (ЛКЗ) в конструкцию снаряда был введен дополнительный заряд срабатывающий через 30 мкс после ЛКЗ. Последующие испытания КЗ проводились с дополнительным зарядом: спецсборка № 2 - 600. 860 мм.
Конструкция воронки № 2 предусматривает наличие в основании облицовки «юбки» высотой 10 мм, вершина облицовки внутри и снаружи оформлена радиусами.
Технология изготовления КО № 2 состояла из: прогрессивной раскатки; отжига в вакуумной печи Т = 420... 440 °С в течении 4 часов; калибровки в полиуретановую матрицу; механической обработки.
Микроструктура материала КО № 2 состояла из зерен 8.9 номеров по ГОСТ 21073.1 - 75.
Результаты испытаний КЗ с 60° воронками № 2: основной заряд -640 . 900 мм; спецсборка № 1 - 700.860 мм; спецсборка № 2 -600 . 860 мм.
Анализ экспериментальных данных показал необходимость управлять микроструктурой материала воронки, начиная с этапа получения заготовки, обеспечения достаточной степени деформации при раскатке и получение более равномерной структуры при термообработке.
Воронка № 3 изготовлена из заготовки, полученной из круга диаметром 50 мм и высотой 110 мм осадкой с кручением и имеющей исходное зерно 4 . 9 номера микроструктуры. Воронка с «юбкой», изготовленная по следующей технологии: раскатки без прогрессии; отжига в соляной ванне (селитре) при Т = 390 °С; механической обработки; калибровки в полиуретановую матрицу; механической обработки.
Приемочные испытания КЗ показали, что средняя величина пробиваемости спецсборки dz составила 769,8 мм, испытания проводились с ЛКЗ, установленным под углом 8° и имеющим пластмассовое основание.
Однозначного влияния более мелкой структуры на увеличение пробиваемости не было установлено, но более мелкое зерно баллов № 8 - 10
по ГОСТ 21073.1 - 75 стабилизирует величину пробития. Термообработка (отжиг) в соляной ванне (селитре) позволяет получить более равномерную структуру воронки.
В последние годы достигнуты большие успехи в получении и исследовании нового класса металлических материалов - материалов с нано-и микрокристаллической (НМК) структурой, полученной методами интенсивного пластического деформирования. Одной из более эффективных технологий деформационного получения объемных металлических материалов с размером зерна порядком сотен нанометров является технология равноканального углового прессования (РКУП). Основная идея этого метода состоит в том, чтобы создать в объемном образце однородную деформацию простого сдвига и за один цикл обработки подвергнуть материал деформации порядка ста процентов, сохраняя неизменным сечение образца [3]. Повторяя многократно такую обработку, можно достичь в материале очень высокой степени деформации и обеспечить условия существенного измельчения его зеренной структуры. Механизмы деформационного измельчения в настоящее время достаточно изучены, что позволяет управлять величиной получаемого зерна путем изменения температуры и скорости деформации в процессе РКУП.
Управление структурой с помощью оптимизации условий РКУП, а также условий предварительной и последеформационной термообработок позволяет получать материалы с особыми физико-механическими свойствами, которые определяются, главным образом, их зеренной и дислокационной структурой: высокой долей большеугловых границ зерен, высокой плотностью равномерно распределенных дислокаций.
Одной из особенностей микрокристаллических материалов, полученных методами интенсивного пластического деформирования, является существенная нестабильность их структуры при нагреве [3]. Проблема стабильности структуры эффективно решается путем микролегирования. Хорошо известный способ стабилизации зеренной структуры и одновременного повышения механических свойств материала является метод дисперсного старения, заключающийся в выделении в объеме материала на-норазмерных частиц второй фазы. Частицы приводят к снижению миграционной подвижности границ зерен за счет создания эффективных стопоров для процесса их миграции. Одновременно с этим частицы второй фазы являются препятствиями для движения дислокаций и повышают механические свойства материала. Важно отметить, что существенное повышение прочности НМК сплавов не сопровождается обычным для традиционного упрочнения падением пластичности. Во многих случаях, путем оптимальной обработки, можно создать НМК материал, обладающий и повышенной прочностью и повышенной пластичностью. Это объясняется тем, что в НМК и микрокристаллических (МК) металлах отличаются механизмы уп-
рочнения, где высокая прочность обусловлена зернограничным упрочнением, а в обычных материалах прочность создается за счет дислокационного упрочнения.
Для учета влияния микроструктуры материала кумулятивной облицовки на динамический предел текучести необходимо знать не только размер зерна материала, но и распределение долей баллов в нем. При взаимодействии достаточно сильных ударных волн в отожженных металлах с гранецентрированной кубической решеткой возникает двойникование, конкурирующее с дислокациями. Сформировавшаяся структура металла однозначно влияет на его механические свойства. После термообработки разнозернистость материала может стать более неоднородной, что приведет к увеличению разброса параметров кумулятивной струи и соответственно к снижению эффективности действия изделия.
Для достижения оптимальных деформационных параметров КС при изготовлении в материале КО необходимо достичь максимального измельчения зерна при невысоких прочностных и максимальных пластических свойствах в заготовке [2, 3]. Исходный крупнокристаллический слиток меди М1 с размером зерна № 3 по шкале III ГОСТ 21073.1-75 (120 мкм) подвергают 8 циклам прессования в инструменте с углом пересечения рабочего и выходного каналов 90° со скоростью 0,4 мм/с при комнатной температуре деформации. Заготовку перед каждым повторным циклом поворачивают на угол 90° вокруг свой продольной оси. Затем заготовку с сформированной однородной нано- и микрокристаллической структурой (со средним размером зерна 0,2 мкм) подвергают осадке в результате чего получается достаточно равномерная структура со средней величиной зерна 1,7 мкм. Процессы РКУП и осадки приводят к повышению прочностных характеристик в 2 раза с одновременным понижением пластичности (в 3 раза) по сравнению с исходным состоянием.
Для оценки влияния различной микроструктуры метериала КО на глубину пробития 100 мм КЗ по стальной преграде с фокусным расстоянием 420 мм соответственно были проведены теоретические исследования на базе разработанной комплексной математической модели. Расхождение полученных численных результатов по глубине пробития с экспериментальными данными составляет не более 10 % и является следствием допущения отсутствия технологических несовершенств в конструкции КЗ. Микроструктура материала определялась по данным научно-исследовательского физико-технического института Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского на основании ГОСТ 21073.1-75.
Влияние микроструктуры материала на координаты схлопывания элементов КО показано на рис. 1, 2.
Рис. 1. Координаты схлопывания элементов КО (неоднородная микроструктура: средний размер зерна 0,044 мм)
Как видно из графических зависимостей неоднородная микроструктура материала со средним размером зерна 0,044 мм (рис. 1 ) приводит к максимальному смещению элементов КО в момент формирования КС от оси КЗ на 0,0016 мм. Однородная микроструктура со средним размером зерна 0,044 мм (рис. 2, а) приводит к максимальному смещению равным 0,0004 мм. Уменьшение среднего размера зерна до 0,0028 мм (рис. 2, б) позволяет достичь одновременного схлопывания элементов КО на оси КЗ.
0,0018
018 -0,0014 -0,0011 -0,0007 -0,0004 0,0 100 0,0004 0,0007 0,0011 0,0014 0,0
а б
Рис. 2. Координаты схлопывания элементов КО (однородная микроструктура: а - средний размер зерна 0,044 мм; б - средний размер зерна 0,0028 мм)
Эффективность действия КЗ оценивается глубиной пробития и во многом зависит от микроструктуры материла КО. На рис. 3 показано изме-
нение глубины пробития 100 мм КЗ в зависимости от среднего размера зерна и неоднородности материала КО.
1450 1350 1250 1150 1050 950 850 750 650
А А
х < 1 <
/ { < \ \ > ) Л ' 1
< <1 > ^ / г 1 с 1 { 1
1 с р
1 1-, 1 А г] > 1 * 1 *
с г
1
7
10
11
12
13
ООднородная структура (1 балл зерна) О Неоднородная структура (3 балла зерна)
14 15 № балла
□ Неоднородная структура (2 балла зерна) ¿Неоднородная структура (4 балла зерна)
Рис. 3. Изменение глубины пробития 100 мм КЗ в зависимости от среднего размера зерна и неоднородности материала КО
Из анализа графической зависимости следует, что максимальное пробитие обеспечивается однородной микроструктурой с мелким зерном, соответствующим баллам № 11 - 14 по ГОСТ 21073.1-75 со средними размерами зерна 0,0078... 0,0028 мм. Уменьшение величины зерна с балла № 6 до № 14 приводит к увеличению стабильности действия КЗ в 2,3 раза. С появлением неоднородности (увеличением количества баллов зерен в металле с одного до четырех) эффективность действия КЗ при среднем балле зерна № 6 (0,044 мм) уменьшается на 28 %.
Таким образом, управление структурой с помощью оптимизации условий РКУП, а также условий предварительной и последеформационной термообработок позволяет получать материалы с особыми физико-механическими свойствами. Для достижения оптимальных деформационных параметров КС при изготовлении в материале КО необходимо достичь максимального измельчения зерна при невысоких прочностных и максимальных пластических свойствах в заготовке. Теоретическая оценка влияния микроструктуры материала КО позволяет прогнозировать эффективность действия КЗ и дает возможность снизить себестоимость изделия за счет уменьшения количества испытаний.
Список литературы
1. Влияние микроструктуры материала облицовок на функционирование кумулятивных зарядов: монография / М.С. Воротилин [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 120 с.
2. Гаркушин Г.В. Экспериментальное исследование влияния внутренней структуры металлов на сопротивление высокоскоростному деформированию: автореф. ... канд. физ.-мат. наук. Черноголовка, 2008. 23 с.
3. Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н., Смирнова Е.С. Механические свойства нано- и микрокристаллических металлов: учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем». Нижний Новгород, 2007. 46 с.
M.S. Vorotilin, T.I. Dronova
THE ANALYSIS OF EXISTING TECHNOLOGIES MANUFACTURING HOLLOW CHARGES
The paper considers the microstructure of metal a hollow charge change at a industrial process. Particular attention is given to the effect of grain size on impact coordinates.
Key words: a hollow charge, grain size, on impact coordinates.
Получено 17.10.12
УДК 621.983
B.М. Лялин, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-54-28, tevel71 @yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
C.В. Лосев, канд. техн. наук, (4872) 35-18-79 tevel71 @yandex. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫТЯЖКИ С ВЫВОРАЧИВАНИЕМ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ АНИЗОТРОПНЫХ ЗАГОТОВОК МЕТОДОМ ХАРАКТЕРИСТИК
Приведены основы теоретического исследования напряженно-деформированного состояния при многопереходной вытяжке с выворачиванием тонколистовых биметаллических заготовок методом характеристик для разработки эффективной технологии производства гофрированных мембран.
Ключевые слова: многопереходная вытяжка, гофрированная мембрана.
Сложный характер деформирования гофрированных мембран (рис. 1) при функционировании изделий ответственного назначения предопределяет применение материалов, обладающих в готовой детали достаточной прочностью, антикоррозионной стойкостью и хорошей остаточной пластичностью. К числу наиболее перспективных материалов в этом плане следует отнести биметалл №3 (сталь 08Ю, плакированная с двух сторон мельхиором МН-19). Необходимость получения сложной по форме и высокой точности размеров мембраны определяет и перспективную техноло-
