CC BY
134
УДК 621.983
К.В. Власов, асп., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РОТАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА ПЛОСКИХ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ОБОЙМОЙ ДАВИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Подробно излагается прогрессивный способ изготовлении тонкостенных осесимметричных деталей из анизотропных материалов, при котором осуществляют ротационную вытяжку в два этапа: вначале деформируют выпуклую ее часть на оправке с утонением стенки, затем ее фланцевую часть - по схеме комбинированной вытяжки, превращающей плоскую часть заготовки в полую и одновременно утоняя стенку образовавшегося полого полуфабриката до получения тонкостенного цилиндрического изделия.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, утонение стенки, анизотропный материал, осесимметричные детали, комбинированная вытяжка.
Материалы, подвергаемые обработке давлением, как правило, обладают анизотропией механических свойств, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивость протекания технологических процессов обработки металлов давлением при различных термомеханических режимах деформирования.
Согласно общепринятому определению анизотропия - это зависимость механических свойств материала от направления испытания. Поликристаллические металлы и сплавы, состоящие из множества кристаллических зерен (кристаллитов), ориентированных произвольно, в целом изотропны или почти изотропны. Анизотропия свойств поликри-сталлического материала проявляется, если в результате обработки (отжига, прокатки и т.п.) в нем создана преимущественная ориентация отдельных кристаллов в каком-либо направлении (текстура). Например, при пластической деформации металла его зерна ориентируются в направлении ее градиента, в результате чего возникает механическая анизотропия [1].
При изготовлении тонкостенных осесимметричных деталей из анизотропных материалов предъявляются высокие требования по геометрическим характеристикам и механическим свойствам. Изготовление таких деталей традиционными методами (глубокой вытяжкой с дальнейшей механической обработкой) отличается высокой трудоемкостью и связано с использованием большого количества крупногабаритного дорогостоящего прессового, химического и термического оборудования. Ротационная вытяжка позволяет изготавливать такие детали на высокопроизводительных специализированных станках, имеющих сравнительно малые габариты, массу и мощность: величина силы при ротационной вытяжке значительно ниже, чем при глубокой вытяжке.
При разработке технологических процессов ротационной вытяжки анизотропных материалов используются эмпирические зависимости из различных справочных материалов, а также результаты теоретических исследований, в которых не в полной мере учитываются анизотропия механических свойств анизотропных заготовок, особенности протекания технологических процессов деформирования. Научное обоснование режимов технологий формоизменения анизотропных листовых заготовок при различных температурно-скоростных режимах является весьма актуальной темой, поэтому был разработан технологический процесс ротационной вытяжки деталей из анизотропных материалов с соответствующими режимами. Известно, что ротационную вытяжку применяют для изготовления деталей диаметром от нескольких миллиметров до 6 м и толщиной от десятых долей миллиметра до 75 мм из алюминия и до 38 мм из стали. При использовании различных методов нагрева толщина заготовок может быть еще больше. За последние годы ротационная вытяжка стала особо важным способом изготовления деталей из никеля, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала, титана и их сплавов. Отмечаем, что ротационная вытяжка - это технологический процесс последовательного изменения формы, размеров и свойств плоских или полых вращающихся заготовок приложением локализованной деформирующей нагрузки, перемещающейся по заданной траектории, в целях получения детали или изделия в соответствии с заданными техническими требованиями. Полые тонкостенные изделия цилиндрической, конической форм и их комбинаций из никелевых и титановых сплавов целесообразно изготавливать ротационной вытяжкой из листовых заготовок. [2].
Разработан новый технологический процесс ротационной вытяжки тонкостенных цилиндрических осесимметричных деталей из анизотропных материалов, который включает следующую последовательность операций.
Плоскую заготовку рассчитанных размеров, вырубают из листа или ленты, которые в состоянии поставки практически во всех случаях являются анизотропными. После вырубки заготовку дополнительно деформируют методом обычной вытяжки (можно в одном штампе), образуя в ее центральной части выпуклость с внутренним диаметром полости, равным диаметру оправки, на величину деформации: = 0,05 ...0,12. Затем для существенного укрупнения зерна и снижения свойств анизотропии проводят рекристаллизационный отжиг при Т = (0,5... 0,6)Тпл. После этого заготовку устанавливают в полость прижима ротационного устройства с обоймой давильных элементов, ориентируя полость в заготовке к торцу оправки, и осуществляют ротационную вытяжку в два этапа: вначале деформируют выпуклую ее часть на оправке с утонением стенки, затем ее фланцевую часть - по схеме комбинированной вытяжки, превращая плоскую часть заготовки в полую и одновременно утоняя стенку образовавшегося полого полуфабриката до получения тонкостенного цилиндрического изделия.
Так как продеформированная заготовка стала меньше по размеру исходной, то выемку в прижиме делают меньше на величину нового диаметра
' Р '
круглой заготовки, рассчитанного по формуле Бо = Б / е , где Б0 и Б0 -диаметры исходной заготовки до и после ее предварительной вытяжки; е - степень деформации заготовки перед рекристаллизационным отжигом, е - основание натурального логарифма. Степень деформациие для расчета берут из указанного выше диапазона.
Проведены испытания с учетом граничных и внутренних значений, которые подтверждены примерами.
Для изготовления цилиндрической детали наружным диаметром 7,8 мм, внутренним диаметром 7,6 мм (с толщиной стенки 0,1 мм, дна
0,5 мм) и высотой 12 мм. Материал детали - коррозионно-стойкая сталь Х18Н10Т. В качестве исходного проката выбираем ленту толщиной 0,5 мм (ГОСТ 4986-79) Из объема детали и припуска на обрезку рассчитаем диаметр исходной заготовки Б 0, который будет равен 14 мм. Лента взята по-лунагартованной, шириной 30 мм при трехрядном шахматном раскрое.
При ротационной вытяжке плоской заготовки очаг пластической деформации охватывает весь объем, проникая на периферийную кромку, которая деформируется неравномерно, образуя волнообразную фигуру у полуфабриката из-за анизотропии ленточного материала, превращающуюся под конец в фестоны детали высотой до 3 мм. Закалка заготовок перед ротационной вытяжкой с нагревом до температуры 1050 °С с 20-минутной выдержкой и охлаждением в воде дает мелкозернистую структуру и высокую пластичность металла, что равносильно отжигу. Однако после ротационной вытяжки таких заготовок фестоны сохраняются, хотя они по высоте становятся несколько меньше (на 40... 60%).
По предлагаемому способу заготовку сразу же после вырубки деформируют на величину степени деформации е = 0,05, образуя цилиндр и-ческую выпуклость в центре с внутренней полостью, большей внутреннего диаметра детали на величину технологического зазора, т.е. он равен 7,65 мм. Тогда глубина поло си будет р вна 0 5 7 мм пр и диаметре
Б0 = 13,32 мм. Полная высота колпачка будет равна 1,07 мм. После отжига при температуре 700 °С и 20-минутной выдержке заготовку подвергли ротационной вытяжке со степенью деформации р = 0,8. Так как предварительная степень деформации оказалась недостаточной, зерно после отжига незначительно увеличилось, и анизотропия сохранилась, а фестоны на детали уменьшились на 40 %, т.е. в среднем стали равны 1,8 мм.
В отличие от первого примера для той же детали берем предварительную степень деформациие = 0, 15. Тогда Б0 = 14 мм, Б0 = 12,05 мм, глубина полости выпуклости после предварительной вытяжки равна 1,56 мм. Отжиг был осуществлен при температуре 0,7 • Гпл = 980 °С. После
термообработки заготовки зерно не укрупнилось и фестоны в изделии сохранились, хотя и на 60 % стали меньше по сравнению с плоской заготовкой, т.е. в среднем стали высотой 1,2 мм.
В отличие от первого и второго примеров для такой же детали берем предварительную степень деформациие = 0,09. Тогда при D0 = 14 мм, D0 = 12,8 мм глубина полости полученной выпуклости после предварительной вытяжки стала равной 0,99 мм. Рекристаллизационный отжиг был осуществлен при температуре 820 °С.
Зерно металла заготовки значительно укрупнилось (что для ротационной вытяжки является положительным фактором в отличие от обыкновенной вытяжки с утонением стенки), фестоны в изделии после ротационной вытяжки практически исчезли, т.е. это говорит о том, что материал заготовки стал изотропным.
В предложенном прогрессивном способе ротационной вытяжки цилиндрических деталей из анизотропных материалов при указанных параметрах режимов было достигнуто высокое качество деталей и устранен такой брак, как фестонистость кромок деталей, за счет снижения анизотропных свойств деформируемого материала.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Пилипенко О.В., Арефьев Ю.В. К анализу процесса ротационной вытяжки с утонением стенки трубных заготовок из анизотропного материала // Изв. ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 2006. Вып. 2. С. 27 - 34.
2. Новые технологические процессы ротационной вытяжки тонкостенных гладких цилиндрических деталей и деталей с наружными и внутренними утолщениями / С.П. Яковлев [и др.] // Современные промышленные технологии, оборудование и приборы. Тула: Изд-во ТулГУ. 2005. С. 56 - 57.
C. Vlasov
Rotation Drawing Out of flat steel blank block of pressing elements
A detailed description of the progressive way of making of thin walled ax symmetric parts from anisotropic materials, when the rotation drawing out is carried out in two steps is given. First they deform its convex part on the mandrel with thinning of the wall, then its flange part according to the scheme of combined drawing out, which turns the flat part of the blank into hollow, simultaneously thinning the wall of the given hollow half-finished product until they receive a thin walled cylinder-shaped item.
Key words: rotation drawing out, thinning of the wall, anisotropic material, ax symmetric parts, combined drawing out.
Получено 07.04.10
