CC BY
39
Shram Vyacheslav Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Petrov Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Galiakhmetov Ravil Nurgayanovich, candidate of philosophy sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК 621.983; 539.374
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРЯМОГО, ОБРАТНОГО И КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
А. А. Перепелкин, В.Н. Чудин, А. А. Черняев, А. А. Пасынков
Приведены результаты экспериментальных исследований операций прямого, обратного и комбинированного выдавливания заготовок и их элементов, а также оригинальные схемы штампов для изотермического выдавливания в режиме вязкопласти-ческого течения.
Ключевые слова: изотермическое деформирование, выдавливание, температура, штамп, матрица, пуансон, сила, смазка, вязкопластическое течение, кратковременная ползучесть.
Получение деталей готовых форм или близких к ним заготовок основано на процессах их выдавливания или формообразования выдавливанием элементов этих деталей (рис. 1).
Преобладающие процессы обеспечения готовых форм связаны с обработкой резанием. При этом коэффициент использования металла очень низок, трудоемкость значительна, не всегда удовлетворяются требования конструктора по качеству и надежности деталей даже при условии изготовления их из поковок. Эффективны процессы изотермического деформирования, обеспечивающие экономию металла и качество изделий [1. 2]. Это реализуется при учете влияния на силовые и деформационные характеристики операций температурно-скоростных условий деформирования, что характерно для штамповки титановых сплавов типа ВТ14, ВТ20; алю-
190
миниевых АМгб, Д16, 1420; сталей типа 12Х18Н10Т и др. Обоснованность режимов деформирования может быть обеспечена на базе расчетных методов, в основу которых положим верхнеграничную теорему пластичности применительно к разрывным полям скоростей перемещений [3].
7
а
в г
Рис. 1. Эскизы типовых деталей: а - втулка; б - днище; в - патрубки; г - корпус
Экспериментальные работы по горячему и полугорячему выдавливанию проводились на алюминиевых сплавах АМгб, 1420 в диапазонах
температур 380...400 °С, стали 12Х18Н10Т, титановых сплавах ВТ6С,
ВТ 14 при 850 и 930 °С. Эксперименты имели цель выясненить применимости полученных расчетных соотношений для удельных сил операций и оценки расчетных параметров возможного разрушения заготовок. Операции выполнялись на гидравлическом прессе модели П311 силой 1,6 МН, оснащенном системой регулирования скорости движения ползуна в пределах 0...35 м/ч, системой контроля температуры и силы. Блок штампа стационарный, нагреваемый до 950 °С, инструмент сменный, позволяющий производить как прямое, так и обратное выдавливание.
На рис. 2 приведены схемы операции и штампы для изотермического выдавливания. Блоки штампов стационарные, инструмент сменный. Штамп на рис. 2, а предназначен для выдавливания из шайбы пустотелых деталей с наружным фланцем, а штамп на рис. 2, б - для выдавливания пустотелых деталей с дном. Выдавливание производится пуансоном 7, на матрице 2 и выталкивателем 3. Блок снабжен спиральными хромо-никелевыми электронагревателями 4, обеспечивающими нагрев до 950 °С.
191
Для предотвращения теплопередачи матрица установлена в корпусе 5 и отделена от подштамповой плиты пресса 9 асбоцементной прокладкой 6 и набором пластин 7 из стали 12Х18Н10Т. Блок заключен в кожух 8 с каолиновой ватой, обшитой стеклотканью. Выталкиватель работает от марке-та пресса. Сменный комплект оснастки позволил производить выдавливание алюминиевых, титановых сплавов и стали. Материал инструмента -жаропрочный сплав ЖС6К при штамповке титановых и стальных заготовок или 5ХНМ при выдавливании алюминиевых сплавов. Для штамповки алюминиевых сплавов в качестве смазки используют графит и минеральное масло, а для штамповки титановых сплавов - эмали и стеклосмазки. Штамп устанавливается на гидропрессе модели П311.
а
б
Рис. 2. Штампы для выдавливания
На рис. 3 представлены типовые детали, полученные прямым и обратным выдавливанием. Корпус датчиковой аппаратуры из стали ЭИ 701 изготавливается обратным выдавливанием. Режим выдавливания: температура 900 ° С, степень формообразования 0,6 (отношение площадей поперечных сечений заготовки после деформации и до нее), удельная сила 80...100 МПа при скорости операции в пределах 5...7 м/ч на прессе модели П311.
Корпус патрубка изготавливают прямым выдавливанием из алюминиевых сплавов типа АМг17. Температура деформирования 420 ° С. Удельные силы при обратном выдавливании 50...70 МПа, при прямом 30...50 МПа в указанном диапазоне скоростей. Типовой комплект оборудования представлен на рис. 4.
На рис. 5 показана схема изготовления оребренных конструкций панелей и корпусов днищ из алюминиевых сплавов типа АМг6, 1201, 1911 изотермическим выдавливанием. Типовой процесс фрезерования непроизводителен, требует большого парка станочного оборудования, коэффициент использования основного металла при этом обычно не превышает 0.2...0.3.
Данный процесс обеспечивает увеличение коэффициента использования металла до 0,8, резко сокращает цикл обработки и повышает надежность конструкции. Процесс реализуется при длительной выдержке под нагрузкой. При времени, менее 0,5 ч, удельные силы могут достигать 300 МПа, возрастая по мере уменьшения донной части заготовки; при этом идет образование утяжин. Увеличение времени до 1 ч снижает удельные силы до 70...100 МПа и уменьшает глубину утяжин
в г
Рис. 3. Детали датчика и трубопровода, полученные выдавливанием: а - корпус датчика из ЭИ701; б, в, г - переходники из АМг6,1201
Получаемая конструкция может быть армирована композитом из ленты типа алюминий-бор. Для этого ленту закладывают в штамп под заготовку, производят операцию выдавливания оребрений, и композит неразъемно соединяют с наружной поверхностью получаемой детали. При этом необходима выдержка под нагрузкой, соответствующей силе штамповки в течение 0.15.0.2 ч. Армированный корпус резко увеличивает удельную прочность конструкции и снимает последующие операции термического упрочнения.
Рис. 4. Комплекс оборудования для процессов выдавливания
Штамп, изображенный на рис. 5, устанавливается на гидропрессе модели П238. В исходном положении заготовка укладывается на оправке 1. Маркетом пресса опускается к заготовке пуансонодержатель 2 с установленными на пружинах 3 пуансонами 4. Под действием ползуна пресса матрица 5 внедряет пуансоны в заготовку. При подъеме матрицы пуансоны выходят из заготовки под действием термостойких пружин 3, и готовое изделие 6 удаляют с оправки.
Рис. 5. Схема и штамп для выдавливания оребрений на днище
Элементы нагрева встроены в оправку. Заготовка предварительно
нагревается до температуры штамповки, т.е. до (400...475)°С для сплавов
АМг6, 01570 и (330.420)°С для 1201. Это оребренные корпус и панели из алюминиевых сплавов 1201 и 01570. Режимы их деформирования приведены выше. Деформирование сопровождается уплотнением зерен, роста их не наблюдается. Текстура соответствует форме контура изделия. Выдавливание вафельных оребрений позволила увеличить герметичность конструкций путем уплотнения структуры при одновременном сокращении цикла обработки в 3 - 5 раз. Заготовки с оребренным полотном показаны на рис. 6.
в
Рис. 6. Оребренные заготовки: а - корпус из алюминиевого сплава 1911; б - панели из алюминиевых сплавов 1201, АМг6; в - днище из алюминиевого сплава АМг6
Применяемое оборудование: пресс простого действия моделей П311 силой 1,6 МН с модернизированным узлом регулировки скорости в пределах 0...35 м/ч, П438 силой 1,6 МН с регулировкой скорости 0...47 м/ч и Д2434А силой 2,5 МН и скоростью 7,2 м/ч, оснащаемые системой нагрева плит штампа, аппаратурой контроля температуры и силы. Условия работы штампов требуют обеспечения их стойкости при высоких температурах длительного действия. При температурах деформирования до 950 ° С для процессов выдавливания титановых сплавов и нержавеющей стали
применяют жаропрочные стали ЖС6К и ЭП202. Сталь ЭП202 используется для инструмента при температурах 600...800 o C. Из названных материалов изготавливаются матрицы, пуансоны, выталкиватели штампов. Для деформирования алюминиевых и магниевых сплавов при температуре до 450 °С рабочий инструмент изготавливается из теплостойкой стали 5ХНМ. В подвижных элементах штампов обеспечиваются зазоры не менее 0,2 мм.
Используется графит - меловая смазка с добавкой минерального масла. Эта же смазка применяется при полугорячей штамповке до 800 °С, нержавеющей стали и титана. При высоких температурах деформирования титановых сплавов применяются стеклосмазки и эмалевые смазки. Средства нагрева заготовок и оснастки встраиваются в блоки штампов. Для нагрева всего объема заготовки при изотермической штамповке используют нагреватели сопротивления из хромоникелевой проволоки, включенные через трансформатор тока.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 14-08-31225 мол_а..
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.Н. Чудин, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Теория обработки металлов давлением: учеб. для вузов / В.А. Го-ленков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь / под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2013. 442 с.
Перепелкин Алексей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чудин Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Москва, Институт путей сообщения (МИИТ),
Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, проф., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университе
EXPERIMENTAL RESEARCH INSULATING OPERATIONS FORWARD, BACKWARD AND COMBINED EXTRUSION WORKPIECES AND THEIR COMPONENTS
A.A. Perepelkin, V.N. Chudin, A. V. Chemyaev, A.A. Pasynkov
The experimental results of operations forward, backward and combined extrusion billets and their elements. Original schemes dies for isothermal extrusion mode viscoplastic flow.
Key words: isothermal deformation, extrusion temperature, stamp, matrix, punch, strength, grease, viscoplastic flow, short-term creep.
Chudin Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, Moskow State University of Means of communications,
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical science, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.891
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОНЕНТОВ
СМАЗОЧНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, СОДЕРЖАЩЕГО НАНОЧАСТИЦЫ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ
ВОЛЬФРАМА
А.Д.Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов
Рассмотрены общие свойства и особенности взаимодействия различных дисперсных компонентов, содержащихся в нефтяных смазочных маслах. Представлена классификация дисперсных компонентов смазочного слоя. Разработана модель взаимодействия дисперсных компонентов смазочного слоя. Приведены результаты экспериментального исследования взаимодействия наночастицдихалькогенидов вольфрама с частицами износа и высокодисперсными продуктами окисления.
Ключевые слова: дисперсный компонент, смазочный слой, нефтяное смазочное масло, трение, износ, смазка, дихалькогениды вольфрама, наночастицы, взаимодействие.
Дисперсные компоненты в нефтяных смазочных маслах по форме возникновения можно разделить на три основных вида[1, 2, 11]:
1) дисперсные компоненты, генерируемые в процессе трения и окисления масел (частицы износа: металла, окислов; выкристаллизованные при понижении температуры парафины и церезины; частицы нагара, золы, лаков; пузырьки газов, образовавшихся в узле и из компонентов узла (особенно при срабатывании противопенных присадок) и т.д.);
