Методика прогнозирования стойкости штампов горячего деформирования на основе выбора оптимальных коллоидно графитовых смазочных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.983

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 заготовок 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 смазочными материалами.

Ключевые слова: контактное трение, стойкость, штамп, температура контактной зоны, коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, коэффициент (показатель) трения, эмпирическая формула,

Изучение поведения смазочных материалов при повышенных температурах показало, что состав коллоидно-графитовой суспензии влияет в конечном итоге на качество изделия, стойкость инструмента и себестоимость 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 лопаток 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 смазочных материалов - на водной основе и на масляной основе, выпускаемых ООО «Коллоидно-графитовые препараты». На рис. 2 изображены кривые свойств выбранных материалов при температурах до 700 0С.

Рис. 1. Лопатка после штамповки

120

чо 100 ч

§ 80 го

а 60 ш к о

с 40 20 0

200 400 600 800

Температура 0 С

Рис. 2. Потеря массы при нагреве до 700 °С

Далее выбираем смазочный материал по технологическим свойствам. Из экспериментальных результатов осадки кольцевого образца из никелевого сплава по номограмме (рис. 3), определяем коэффициент (показатель) трения. На рис. 4 графически показаны значения коэффициента (показателя) трения смазочных материалов на масляной и водной основе.

Рис. 3. Номограмма определения коэффициента (показателя) трения

о

и,.¿У -

0,285 -ос 0,28 -

X 0,28

О. °'27D 1— £ о,27 OJ X

^Г 0,265 -е- -©- 0,26 <т> О ^ 0,2 5 5 - 0,26 1

U,2b -0.245 - г г -

-

ВКГС-О СТ-26 масло+графит

Рис. 4. Значения коэффициента (показателя) трения

В табл. 1 приведены сравнительные свойства выбираемых смазочных материалов.

Таблица 1

Сравнительные свойства смазочных материалов

Смазочный материал Потеря массы при нагреве до 500 0С, % Коэффициент (показатель) трения

Масло И50 +графит С1 71,60 0,29

СТ-26 50,63 0,28

ВКГС-О 18,38 0,26

Расчет ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов выполняем по эмпирической формуле

гл т^ -0,0536

С = К х т ,

где К - коэффициент, учитывающий влияние формы поковки и коэффициента (покаателя) трения; т - масса поковки, кг

Расчет выполнен для двух видов компрессорных лопаток с различной массой и коэффициентом формы. В табл. 2 приведены исходные данные для расчета

Таблица 2

Исходные данные расчета

Деталь Лопатка 1 Лопатка 2

Масса, кг 0,065 0,124

Коэффициент формы 1,75 1,60

Коэффициент (показатель) трения 0,26, 0,28, 0,29

В табл. 3 приведены результаты расчета ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов.

Таблица 3

Результаты расчета

Смазочный материал Стойкость расчетная, шт.

Лопатка 1 Лопатка 2

Масло И50 +графит С1 632 1365

СТ-26 1812 2347

ВКГС-О 4172 4310

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-

ния. Время нанесения и степень разбавления концентрата смазочного материала - 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. Конструкции пистолетов [1] могут быть различные, но принцип работы для всех конструкций один и тот же. На рис. 5 показаны типовые конструкции пистолетов-распылителей.

Рис. 5. Пистолеты-распылители для смазки штампов

Метод выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала апробирован в производственных условия при штамповке компрессорных лопаток [3].

Метод выбора оптимальных коллоидно-графитовых смазочных материалов 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.

113

2. Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное производство 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 давлением // 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 ofpreparations of shovels from a nickel alloy. The complex method of an assessment of properties of lubricants is used. In calculation offorecasting offirmness 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 07.02.12

УДК 621.777.21

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 холодного обратного выдавливания цилиндрической заготовки. Расчет технологических параметров основывается на анализе напряженно-деформированного состояния и постановке возникающих краевых задач.

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

Метод конечных элементов (МКЭ) наряду с методом конечных разностей, методом граничных элементов, вариационно-разностным методом и др. относится к методам численного анализа, получившим широкое рас-

114