Кування дископодібних поковок із попередньо сформованим полем деформацій для підвищення технологічної пластичності металу
Аналіз закономірностей зміни нерівномірності деформації дископодібних поковок при ковці. Дослідження впливу технологічних параметрів ковки дископодібних заготовок на зміну нерівномірності деформації, що зумовлює технологічну пластичність заготовки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.08.2014 |
| Размер файла | 45,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
УДК 621.735
КУВАННЯ ДИСКОПОДІБНИХ ПОКОВОК
З ПОПЕРЕДНЬО СФОРМОВАНИМ ПОЛЕМ ДЕФОРМАЦІЙ
ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПЛАСТИЧНОСТІ МЕТАЛУ
Спеціальність 05.03.05
"Процеси та машини обробки тиском"
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Кузьміна Ольга Михайлівна
Дніпропетровськ - 2006
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національній металургійній академії України
Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник:
доктор технічних наук, доцент Гринкевич Володимир Олександрович, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, доцент кафедри обробки металів тиском.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук Рябічева Людмила Олександрівна, завідуюча кафедрою “Прикладне матеріалознавство”, Східноукраїнський Національний університет ім. В.І.Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ;
кандидат технічних наук Чумаков Борис Миколайович, професор кафедри обробки металів тиском, Запорізький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Запоріжжя.
Провідна установа:
Донбаська державна машинобудівна академія (кафедра обробки металів тиском) Міністерства освіти і науки України, м. Краматорськ Донецької області.
Захист відбудеться "_13_"___березня__2007 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.
Автореферат розісланий 9 лютого 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради А.М. Должанський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Процеси одержання деталей куванням та об'ємним штампуванням є технологічною основою сучасного машинобудування. У машинобудуванні широко розповсюджені дископодібні вироби (диски, кільця, колеса, шайби і т.п.), які отримують здебільшого за допомогою багатопереходних технологій, тому властивості кінцевого виробу формуються протягом декількох операцій. Проте при проектуванні технологічних процесів історія деформування зазвичай не враховується. Це спричиняє непрогнозованість поля деформацій по перерізу виробу, і, як результат, непрогнозованість комплексу властивостей виробу. В свою чергу, це призводить до невиконання технічних умов щодо механічних властивостей дископодібних поковок.
Фактором, що ускладнює задачу, є відсутність простих та надійних теоретичних залежностей по визначенню впливу основних технологічних параметрів (ступінь та швидкість деформації, температура, фактор форми, умови на контакті та ін.) на кінцевий розподіл нерівномірності деформації (яка, по суті, оцінюється нерівномірністю макро- та мікроструктури ). Це зумовлює великий обсяг експериментальних досліджень при аналізі існуючих та проектуванні нових технологій, оскільки треба враховувати вплив історії деформування металу на попередніх етапах його формозміни.
Службові властивості та технологічна пластичність дископодібних поковок залежать від певного розподілу нерівномірності деформацій. Однак рівень вивченості цієї залежності до наявної роботи не дозволяв відслідкувати формування поля деформацій на всіх етапах пластичного деформування, при їх виробництві за багатопереходними технологіями, зокрема на передостанньому переході, що призводить до надлишкових витрат металу, браку та ін.
Таким чином, робота, спрямована на удосконалення багатопереходної технології кування дископодібних виробів з попередньо сформованим полем деформацій для забезпечення певного рівня механічних властивостей металу, а також методів теоретичного і експериментального аналізу поля деформацій у процесі кування, є актуальною.
Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язане з науково-дослідними роботами кафедри ОМТ Національної металургійної академії України. Ряд досліджень виконаний у рамках наступних тем: ДР № 0103U003217, ДР № 0103U002285, виконавцем яких була автор.
Мета й завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є вивчення закономірностей зміни поля деформацій у дископодібних поковках в залежності від параметрів деформування, нерівномірності викривлення шарів металу з урахуванням розподілу цих факторів на попередньому етапі деформування, що дозволяє одержувати поковки з підвищеною технологічною пластичністю.
Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання:
- теоретично й експериментально дослідити нерівномірність поля деформацій в процесі гарячого кування дископодібних поковок залежно від відношення висоти до діаметра вихідної циліндричної заготовки, ступеня висотної деформації заготовки і швидкості деформації;
- розробити теоретичну методику оцінки нерівномірності поля деформацій з урахуванням поля температур, ступеня деформації і швидкості деформації;
- розробити методику експериментальних досліджень впливу параметрів кування на нерівномірність деформації дископодібних поковок;
- експериментально дослідити вплив геометрії вихідної заготовки, ступеня деформації та умов на контакті металу з інструментом на ступінь викривлення шарів металу в дископодібних поковках;
- експериментально дослідити вплив ступеня викривлення шарів металу дископодібної поковки на її технологічну пластичність;
- експериментально дослідити нерівномірність деформації в радіальному перерізі дископодібної поковки при куванні вирізними бойками;
- удосконалити технологічну схему кування дископодібної поковки.
Об'єкт дослідження. Технологія виробництва дископодібних поковок.
Предмет дослідження. Закономірності формування кінцевого поля деформацій з урахуванням попередньо створеної нерівномірності деформації.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження засновані на фундаментальних закономірностях теорії пластичності і теорії обробки металів тиском. Комп'ютерне моделювання виконано з використанням методу кінцевих елементів (МКЕ); натурні експерименти проводились з застосуванням методу планування експерименту, методу стрижнів, статистичної обробки результатів, мікроструктурного і макроструктурного аналізу.
Наукова новизна:
1. Одержало розвиток теоретичне вивчення залежності нерівномірності деформації металу при куванні дископодібних поковок від комплексного впливу параметрів деформування.
Розробка відрізняється визначенням нерівномірності деформації по нерівномірності зерна металу в практично використовуваному діапазоні геометричних та температурно-швидкісних умов деформації. Це дозволяє отримати необхідну нерівномірність деформації виробів у процесі кування.
2. Одержав розвиток експериментально-розрахунковий метод визначення характеристик необхідного поля деформацій під наступне кування дископодібних заготовок, що забезпечує припустиму залишкову нерівномірність деформації шарів металу.
Розробка відрізняється тим, що для умов динамічного процесу навантаження в діапазоні швидкостей деформації 0,1...7,0 с-1 обгрунтована можливість використання статичної діаграми рекристалізації II роду. В умовах багатоопераційної технології кування це сприяє визначенню параметрів наступної операції кування виробів з урахуванням поля деформацій, отриманого у попередній операції.
3. Одержало розвиток вивчення закономірностей викривлення шарів металу в процесі кування дископодібних поковок.
Розробка відрізняється кількісною оцінкою впливу параметрів деформування на нерівномірність деформації дископодібних поковок з використанням методу стрижнів. Це дає можливість підвищити точність оцінки викривлення шарів металу в процесі кування дископодібних поковок.
4. Уперше в умовах моделюючих випробувань визначена кількісна залежність здатності металу до деформування від ступеня деформації його шарів у дископодібних поковках.
Раніше така залежність не була відома. Вона дозволяє визначати здатність металу дископодібних поковок до деформування у наступній операції багатопереходної технології в залежності від викривлення шарів металу поковки у попередній операції.
Практичне значення отриманих результатів
Застосування отриманих результатів прискорює розробку нових технологій, заснованих на процесах кування, при виробництві металовиробів із заданим рівнем нерівномірності деформації й пов'язаних з ним механічних властивостей. Теоретичний розрахунок нерівномірності деформації дозволяє скоротити обсяг експериментального моделювання впливу параметрів кування на характеристики дископодібних поковок в кожному випадку розробки нової технології виробництва, що знижує собівартість одержуваних металовиробів.
Теоретично та експериментально отримані результати дозволяють визначати параметри технології кування з умов заданого ступеня нерівномірності деформації і рівня механічних властивостей по об'єму дископодібної поковки.
Запропоновані в дисертаційній роботі рекомендації з розробки раціональних технологій кування поковок використані на АТ “Новокраматорський машинобудівний завод” (Акт від 18.05.2005). Використання запропонованої технології кування дископодібних поковок підвищеної деформуємості для листового штампування днищ і горловин балонів на ВО “Південний машинобудівний завод” рекомендовано науково-технічною радою ВАТ “УкрНІІТМ” (витяг із протокола від 11.08.2005). Запропонована технологія виробництва дископодібних поковок, що включає як проміжний етап кування у вирізних бойках, прийнята до реалізації на ДНВП “Текопром” (Довідка від 08.09.2005).
Розробки, виконані в дисертації, використовуються на кафедрі ОМТ НМетАУ при викладанні курсів “Теорія обробки металів тиском”, “Технологія ковальсько-штампувального виробництва” (довідка від 10.11.2006 р.).
Особистий внесок здобувача. У дисертації не використані ідеї співавторів публікацій. Всі принципові теоретичні й експериментальні результати, отримані в дисертації, засновані на дослідженнях, проведених автором. Особистий внесок здобувача в публікаціях зі співавторами полягає в наступному: [1] - літературний огляд й адаптація математичної моделі стосовно до процесів кування й об'ємного штампування; [2], [3], [6] - обробка результатів експерименту, одержання й аналіз рівнянь регресії; [4], [5], [9] - постановка завдання, реалізація моделі за допомогою кінцево-елементної програми, обробка, аналіз і узагальнення результатів розрахунку; [8], [10], [11] - постановка завдання, організація і проведення експерименту, обробка і аналіз результатів; [12], [13], [14] - обробка і аналіз результатів.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертації повідомлені на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективні технології та обладнання обробки тиском у металургії та машинобудуванні” (м. Краматорськ, 2000 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у металургії й машинобудуванні” (м.Краматорськ, 2001р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми й перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском” (м.Краматорськ, 2002р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Нові досягнення й перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском” (м.Краматорськ, 2003 р.), 5 Міжнародній науково-технічній конференції “Теоретичні проблеми прокатного виробництва” (м. Дніпропетровськ, 2000 р.), 6-й Міжнародній науково-технічній конференції “Пластична деформація металів” (м.Дніпропетровськ, 2002 р.), IV Міжнародній конференції “Прогресивна техніка й технологія-2003” (Київ-Севастополь, 2003 р.), X регіональній науковій й науково-технічній конференції (м.Маріуполь, 2003 р.), 7-й Міжнародній науково-технічній конференції “Пластична деформація металів” (м.Дніпропетровськ, 2005 р.), 5 Міжнародній науковій конференції “Nowe technologie i osiagniecia w metalurgii i inzynierii materialowej” (м. Ченстохова, Польща, 2004 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Нові методи й засоби дослідження процесів і машин обробки тиском” (м. Краматорськ, 2005 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні методи моделювання процесів обробки матеріалів тиском” (м. Краматорськ, 2006 р.), об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском Національної металургійної академії України і прокатних відділів Інституту чорної металургії НАН України (м.Дніпропетровськ, 2002 р., 2003 р., 2004 р.,2005 р., 2006 р.).
Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 11 статтях у спеціалізованих виданнях, додатково в 1 статті, опублікованій за матеріалами конференції, 2 тезах доповідей конференцій.
Структура дисертації. Дисертація містить вступ, 4 розділи, висновки, список використаних джерел з 130 найменувань, 4 додатки. Матеріали роботи викладені на 159 сторінках тексту, у тому числі на 134 сторінках основного тексту, містить 70 рисунків і 9 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі наведена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність її теми, визначені мета й завдання дослідження, наведені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача і апробація результатів дисертації.
ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ КУВАННЯ СИМЕТРИЧНИХ ВІДНОСНО ОСІ ВИРОБІВ І МЕТОДІВ ПРОГНОЗУВАННЯ СТРУКТУРИ МЕТАЛОВИРОБІВ
Технологічні схеми одержання дископодібних поковок складаються з основних формозмінних процесів: осадки (деформуюча сила спрямована паралельно вісі симетрії виробу) і протяжки (деформуюча сила спрямована перпендикулярно вісі симетрії виробу). Основні формозмінні операції зазначених процесів можуть проводитися із застосуванням різного інструмента і режиму деформацій. У результаті можливе одержання різного розподілу параметрів деформації по перерізу виробу, що спричиняє нерівномірність деформації вздовж шарів металу та відбивається на механічних властивостях кінцевого виробу. Аналіз операцій при одержанні симетричних відносно осі виробів показав, що їхнє використання в сполученні не розглядається як можливість комплексного впливу на нерівномірність деформації в готовому виробі. З іншого боку, огляд методів прогнозування нерівномірності деформації за структурою металовиробів дозволив зробити висновок про складність та недостатню точність визначення зміни цього параметру у процесі виготовлення дископодібних поковок. У зв'язку із цим виникає необхідність визначення залежності кінцевої нерівномірності деформації й пов'язаних з нею механічних властивостей металу від параметрів процесу кування, і на основі цих залежностей удосконалення технологічної схеми одержання дископодібних поковок.
Дослідження ЗАЛЕЖНОСТІ НЕРІВНОМІРНОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ МЕТАЛУ ПРИ КУВАННІ ДИСКОподібНиХ поковок ВІД ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ДЕФОРМУВАННЯ
Дослідження впливу параметрів деформації на нерівномірність деформації по параметру “мікроструктура” у різних процесах ОМТ проводилося в роботах C.M.Cellars, О. В. Ноговіцина, Ю. Ф. Гугучкіна, А. А. Міленіна, Д. С. Светличного й ін. В цих роботах розподіл параметрів деформації через розмір зерна розраховувався по емпіричних або теоретичних формулах, у які входять різні коефіцієнти, одержання яких саме по собі становить окреме завдання. У дисертаційній роботі дослідження нерівномірності деформації при куванні проводилося за методикою повного багатофакторного експерименту й полягало в наступному: проводилося комплексне математичне моделювання за допомогою кінцевоелементної програми з використанням методики планування експерименту; результати моделювання оброблялися з одержанням рівнянь регресії; результати зіставлялися з результатами натурного експерименту (рис.1).
Результатом розрахунку, проведеного за допомогою кінцево-елементної програми, був розподіл розміру зерна по перерізу зразка. Для цього в програму був включений блок прогнозування, що дозволяє по відомим з літератури діаграмам рекристалізації II роду розрахувати розмір зерна по перерізу заготовки.
Як критерії оцінки нерівномірності деформації були запропоновані наступні: Q1=Dсркв=, де Dсркв - середньоквадратичне відхилення діаметру зерна, D - вузлове значення діаметра зерна, Dср - середній діаметр зерна по осередку деформації; Q2=Dmax/Dср, де Dmax - максимальний діаметр зерна; Q3 = (Dmax - Dmin) / Dср, де Dmin - мінімальний діаметр зерна.
По результатам розрахунків були отримані рівняння регресії:
для сталі 45:
середньоквадратичне відхилення розміру зерна від середнього:
Q1=0,0547 0,0029 x1 + 0,0161 x 2 + 0,0021 x3;
відношення максимального розміру зерна до середнього:
Q2=1,84950,1118x1 + 0,3290x2 + 0,0285x3;
відношення різниці максимального й мінімального розміру зерна до середнього:
Q3=2,6988 0,6009x1 + 0,6772x2 + 0,2017x3,
де х1 відношення висоти циліндричної заготовки h до її діаметра d (1...2), x2 ступінь деформації (0,1...0,5), x3 швидкість деформації (0,1...0,5с -1).
для титанового сплаву ВТ8:
середньоквадратичне відхилення розміру зерна від середнього:
Q1=26,54082,8285·x1+3,3038·x2+2,7700·x3;
відношення максимального розміру зерна до середнього:
Q2=3,7554 0,2023·x1 + 0,4839·x2 + 0,0625·x3;
відношення різниці максимального й мінімального зерна до середнього:
Q3=6,7352 0,4357·x1 + 0,8819·x2 + 0,1683·x3,
де х1 відношення h/d (1...2), x2 ступінь деформації (0,1...0,5), x3 швидкість деформації (0,1...0,5с -1).
Експериментальна частина дослідження проводилася на базі лабораторії КШП Приазовського державного технічного університету (м. Маріуполь). В експерименті осаджували циліндричні зразки з титанового сплаву ВТ8 діаметром 25 мм і сталі 45 діаметром 20 мм, висоти та ступені деформації варіювались відповідно плану факторного експерименту та співпадали з теоретично дослідженим діапазоном. Осадка проводилася на двох видах устаткування - кривошипному пресі 0,63 МН і гідравлічному пресі 0,63 МН. Для нагрівання зразків перед куванням використовували електричну нагрівальну піч камерного типу. Температура нагрівання становила 96020С для ВТ8 й 113030С для сталі 45. Для визначення зміни мікроструктури металу в процесі кування був проведений металографічний аналіз. Зразки для металографічного аналізу готувалися за стандартною методикою виготовлення шліфів. Фотографії виконувалися на устаткуванні AXIOMAT фірми OPTON (Німеччина). Збіжність теоретичних й експериментальних даних перебуває на рівні 30%. Співставлення нерівномірності деформації у поковках для умов, коли реальна швидкість деформації на окремих ділянках перерізу сягає 7, показало, що діаграми рекристалізації II роду, отримані при статичному навантаженні, дозволяють прогнозувати зміни структури у цьому випадку, з похибкою в 1 бал.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІНИ НЕРІВНОМІРНОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ ПРИ КУВАННІ ДИСКОПОДІБНИХ ПОКОВОК
Кування дископодібних поковок і дослідження нерівномірності деформації проводилися в лабораторії кафедри ОМТ НМетАУ за методикою, розробленою на основі методу стрижнів. Для кування використовувався ручний гвинтовий прес.
Вплив геометрії циліндричної заготовки й ступеня висотної деформації. Зміна ступеня орієнтування макроструктури, викликаного нерівномірністю деформації, запропоновано в роботі кількісно виражати безрозмірним критерієм , де - відстань між крапками середньої лінії стрижня, найменш і найбільш зміщеними від вихідного положення, hк - кінцева висота поковки (рис. 2). У дослідженні впливу геометрії заготовки використовували зразки одного початкового діаметра й відношенням висоти до діаметра h0/d0, рівним 0,5; 1,0; 1,5; 2,0. Ступінь відносної висотної деформації варіювали в діапазоні 0,63-0,84. Ступінь нерівномірності деформації в радіальному напрямку дископодібної поковки збільшується зі збільшенням h0/d0. Критерій становить для h0/d0 = 0,5 - 1,6; h0/d0 =1,0 - 2,5; h0/d0 = 1,5 - 3,3.
У дослідженні впливу ступеня деформації використовували свинцеві й алюмінієві циліндричні заготовки різної висоти і діаметра. Кінцева висота і діаметр дископодібної поковки були однаковими в кожній серії (для свинцевих й алюмінієвих заготовок). Висота вихідних заготовок вибиралася з умови варіювання ступеня висотної деформації. Діаметр заготовок розраховувався за умови рівності об'єму заготовки й диска після деформації. Серія свинцевих заготовок для одержання дисків розміром dк x hк = 50 мм х 5 мм включала зразки з: d0 x h0 = 40 х 8 мм; 30 х 14 мм; 20 х 31мм. Ступінь висотної деформації становила: 0,36; 0,64; 0,84. Серія алюмінієвих заготовок для одержання дисків розміром dк x hк = 30 мм х 3 мм включала зразки з: d0 x h0 = 25 х 4,3мм; 23 х 5,1 мм; 21 х 6,1 мм; 19 х 7,5мм; 17 х 9,3 мм; 15 х 12,0 мм. Ступінь висотної деформації становила: 0,30; 0,41; 0,51; 0,60; 0,68; 0,75.
У процесі кування в осьовому перерізі дископодібної поковки формується яскраво виражений симетричний заворот волокон металу від осі поковки в напрямку вільної поверхні. Зі зростанням ступеня висотної деформації при куванні без змащення запропонований у роботі критерій нерівномірності деформації збільшується (рис.3).
Вплив температури на контакті металу з інструментом, в'язкості змащення й часу контакту з інструментом до початку деформації. Застосування змащення зменшує нерівномірність деформації, тому що наявність розділового шару між інструментом і металом полегшує ковзання на контакті. Це призводить до зменшення завороту волокон, і критерій нерівномірності деформації о приймає менші значення. Вплив температури на контакті й часа контакту заготовки з інструментом до початку деформації на критерій о визначається легкоплавкістю змащення.
У дослідженні осаджували свинцеві зразки діаметром 40 мм і висотою 20 мм (h0/d0 = 0,5), зі ступенем відносної висотної деформації 0,67, при температурах 20С, 100С, 200С, 300С (рис. 4).
Зразки нагрівалися в муфельній електропечі. Кування проводилося при наступних умовах на контакті, що характеризують рівень сил тертя: без змащення, зі змащенням машинним маслом і з парафіном. Отримані залежності критерію о показують збільшення радіальної нерівномірності деформації з ростом температури на контакті при деформації зі змащенням машинним маслом, і зниження зазначеного параметра при змащенні парафіном і куванні без змащення (рис. 5, показаний тільки останній варіант). Це пояснюється тим, що при куванні з більш легкоплавким змащенням (машинне масло) збільшення температури приводить до більшого розплавлення змащення, ніж при куванні з менш легкоплавким змащенням (парафін), і контактуючі мікронерівності поверхонь металу й інструмента гальмують ковзання по контакті. При куванні без змащення збільшення температури приводить до оплавлення поверхневого шару металу, що впливає як змащення. Слід зазначити, що при куванні без змащення зразків, що охололи після нагрівання, нерівномірність викривлення шарів металу така ж, як після кування холодних.
Для визначення впливу часу циліндричні свинцеві зразки з отворами, просвердленими паралельно їхній вісі, нагрівали до температур 100, 200 й 300 С. Після діставання з печі кожен зразок розміщувався у робочому просторі преса на нижню плиту з нанесеним на неї змащенням (парафін) і витримувався протягом фіксованого проміжку часу. Після деформації зі ступенем е = 0,65 вимірювалася відстань між отворами на нижньому й верхньому контакті. Зі збільшенням часу витримки на нижній плиті до початку деформації збільшується й асиметричність викривлення шарів металу в дископодібній поковці, що призведе до розвитку в готовому виробі анізотропії механічних властивостей (рис.6).
Вплив ступеня нерівномірності деформації на технологічну пластичність. Технологічна пластичність (деформованість) зразків з різним вихідним викривленням шарів металу досліджувалася в процесах вигину й товстолистової витяжки. У дослідженні при вигині використовували алюмінієві диски, отримані осадкою при температурі 450 0С з різним ступенем деформації. Зразки у формі сегмента розташовували на двох опорах і навантажували зосередженою силою на однаковій відстані від опор (рис.7). Граничну деформуємость характеризували за появою тріщини в зразку, що росте від діаметра сегмента убік його дуги.
Залежно від ступеня викривлення шарів металу спостерігалася різна “швидкість” росту тріщини. Так, у зразках з більшою нерівномірністю деформації довжина тріщини збільшувалася швидше і руйнування наступало при меншому куті загину (рис. 8). Це пояснюється тим, що в зразках з більше розвиненою нерівномірністю структури деформація при вигині за схемою 1 (рис. 9) локалізується в осьовій частині зразка. Області ж, що прилягають до вільної поверхні, “армуються” вигнутими волокнами й у силу більшої міцності не деформуються. У зразках з більш рівномірною деформацією вигин поширюється в більш широкій області, симетричної щодо осі, і тому такі зразки витримують більший кут загину до руйнування. При вигині за схемою 2 (рис. 9) крива зміни кута загину має мінімум, тому що при збільшенні ступеня попередньої деформації волокна в зразку крутіше повертаються в напрямку дії напруг, що розтягують і викликають руйнування. Як відомо, при деформації уздовж волокон пластичність вище, ніж поперек, що в наявній роботі спостерігається в збільшенні кута загину до руйнування.
У процесі товстолистової витяжки зі збільшенням критерію нерівномірності деформації гранична деформованість поковок збільшується в тому випадку, якщо кування поковок було проведено із заготовки з вихідно орієнтованими в осьовому напрямку шарами металу (рис. 10). Це узгоджується зі зміною деформованості дископодібних поковок у процесі вигину.
Експериментальне дослідження кування у вирізних бойках. Дослідження проводилося при куванні свинцевих виливків діаметром 80 мм у вирізних бойках з кутом вирізу 900 і 1200 , зі ступенем деформації 0,15 і 0,25 і кутом кантування 450 й 900 (рис. 11). Дробний факторний експеримент із планом 231 виконаний методом координатних сіток. Параметрами, що варіювались, були: ступінь деформації, кут вирізу бойків, кут кантування. Функцією відгуку обрана величина відношення максимального значення інтенсивності деформацій до середнього значення цієї величини Нmax/Нср. У результаті обробки експериментальних даних отримане рівняння регресії:
y = 10,3207 + 0,8025x1 + 0,4439x2 - 0,7241x3,
де x1 ступінь деформації (0,15...25); x2 кут вирізу бойків (900…1200); x3 кут кантування заготовки (450…900).
Максимум інтенсивності зсувних деформацій спостерігається в осьовій зоні поковок внаслідок того, що довжина бойків в осьовому напрямку поковки перевищує довжину самої поковки. Якщо довжина бойків менше довжини поковки, деформація локалізується у приконтактних до інструмента областях заготовки. Таким чином, з метою одержання рівномірної структури в центральній частині поковки необхідно кування в радіальному напрямку здійснювати без зовнішніх зон.
СХЕМА КУВАННЯ ДИСКОПОДІБНИХ ПОКОВОК ІЗ ПРОГНОЗОВАНОЮ НЕРІВНОМІРНІСТЮ ДЕФОРМАЦІЇ
Як показано вище, пластичні властивості матеріалу дископодібних поковок істотно залежать від параметрів технології їхнього одержання і вихідної нерівномірності деформації заготовок, що використовуються для кування поковок. Як у готових, так і, особливо, у передільних поковках необхідно забезпечити рівень механічних властивостей відповідно до методів їхньої подальшої обробки (ОМТ, механічна або термічна обробка). Причому в процесі їхнього кування необхідно контролювати розвиток нерівномірності деформації, тому що цим визначається мікро- і макроструктура, відповідальна за рівень механічних властивостей у поковках.
На підставі цього в роботі запропонована наступна схема технологічних операцій виробництва дископодібних поковок із підвищеної деформованістю металу (рис.12): 1 - різання круглої катаної або кованої заготовки на довжини, що відповідають масі дископодібної поковки; 2 - нагрівання до температури деформації; 3 - кування у вирізних бойках у радіальному напрямку поковки зі ступенем деформації не менш 20% для одержання рівномірної дрібнозернистої мікроструктури; 4 - кування в осьовому напрямку поковки з контролюванням параметрів в системі “в'язкість змащення - температура на контакті - час контакту до початку деформації” для одержання заданої нерівномірності деформації.
ВИСНОВКИ
У дисертації одержано нове рішення науково-технічного завдання, що полягає у визначенні закономірностей зміни нерівномірності деформації по параметрах нерівномірності розміру зерна і викривлення шарів металу залежно від технологічних параметрів процесу кування і рівня зазначених параметрів у заготовці, з урахуванням розподілу цих факторів на попередньому етапі деформування, а також в удосконаленні технологічної схеми кування дископодібних поковок із метою підвищення технологічної пластичності.
Аналіз літературних джерел довів наступне: існуючі технології часто не забезпечують необхідний рівень нерівномірності деформації в готових виробах, а методи розрахунку не дозволяють із достатньою точністю теоретично визначати зміни мікро- і макроструктури. Тому дослідження, спрямовані на визначення закономірностей зміни нерівномірності деформації металу залежно від технологічних параметрів процесу кування й удосконалення на основі отриманих залежностей технологічної схеми кування дископодібних поковок, є актуальними.
За результатами моделювання гарячої осадки зразків із двофазних титанових сплавів і сталі 45 доведено, що в умовах відсутності теплового екранування й тепловиділення на контакті, підстигання є значно сильнішим, ніж тертя, фактором, що впливає на формозміну.
На підставі планованого обчислювального експерименту отримані рівняння регресії для визначення нерівномірності деформації (що визначається по нерівномірності розміру зерна) при гарячій осадці зразків з титанового сплаву ВТ8 і сталі 45 залежно від геометрії, ступеня висотної деформації й швидкості деформації.
За результатами зіставлення теоретичного й натурного експериментів розроблено експериментально-розрахункову методику прогнозування нерівномірності деформації поковок, що дозволяє знизити обсяг експериментальної і обчислювальної роботи при аналізі і проектуванні технологічних процесів. На основі обробки експериментальних даних показано, що погрішність теоретичного визначення нерівномірності деформації по величині “розмір зерна мікроструктури” не перевищує 25-30%, тобто менш 1 бала.
Доведено можливість використання діаграм рекристалізації II роду для розрахунку нерівномірності деформації в більш широкому діапазоні швидкостей деформації (0,1...7,0с-1).
Запропоновано кількісний критерій оцінки нерівномірності деформації в рамках експериментального методу стрижнів. Визначено кількісні значення даного критерію при зміні основних параметрів процесу осадки.
Проведено експериментальні дослідження процесу товстолистової витяжки стакана із фланцем із заготовок з попередньо створеною нерівномірністю деформації. Установлено, що в умовах модельних випробувань при витяжці заготовки з попередньо створеною нерівномірністю деформації зі зміною значення критерію нерівномірності деформації від 0,5 до 2 деформованість підвищується в 1,4 рази.
Проведено експериментальні дослідження залежності нерівномірності деформації від основних факторів деформації при осадці в плоских, вирізних і комбінованих бойках у застосовуваному діапазоні значень обтисків і кантувань. Показано, що при осадці дископодібної заготовки без зовнішніх зон деформація в осьових шарах заготовки буде в середньому на 20% вище, ніж при осадці із зовнішніми зонами.
Запропоновано удосконалену технологічну схему одержання дископодібних поковок, що включає проміжну операції осадки у вирізних бойках. Запропонована технологічна схема дозволяє одержувати вироби із прогнозованою нерівномірністю деформації.
Рекомендовано при виробництві передільних дископодібних поковок для підвищення деформованості створити нерівномірність деформації, для чого кування в осьовому напрямку здійснювати зі ступенем деформації не нижче 50% (критерій нерівномірності деформації не нижче о = 3).
Запропоновані в дисертаційній роботі рекомендації з оптимізації технологій кування поковок використані на АТ “Новокраматорський машинобудівний завод” (Акт від 18.05.2005). Використання запропонованої технології кування дископодібних поковок підвищеної деформованості для листового штампування днищ і горловин балонів на ВО “Південний машинобудівний завод” рекомендовано науково-технічною радою ВАТ “УкрНІІТМ” (витяг із протоколу від 11.08.2005). Запропонована технологія виробництва дископодібних поковок прийнята до реалізації на ДНВП “Текопром” (Довідка від 08.09.2005). Розробки, виконані в дисертації, використовуються на кафедрі ОМТ НМетАУ при викладанні курсів “Теорія обробки металів тиском”, “Технологія ковальсько-штампувального виробництва” (довідка від 10.11.2006 р.).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ
ковка заготовка дископодібний деформація
Ступка А.Г., Гринкевич В.А., Кузьмина О.М. Математическая модель прогнозирования микроструктуры и механических свойств изделий, получаемых ковкой и штамповкой//Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. ДДМА Краматорськ. 2001. - С.358-360.
Ступка А.Г., Банашек Г., Кузьмина О.М. Оценка влияния параметров протяжки на неравномерность деформации и возможности применения компьютерного моделирования при прогнозировании качества готовых изделий // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - №7-8. - С. 541-544.
Ступка А.Г., Гринкевич В.А., Кузьмина О.М., Кияшко А.Г. Исследование ковки крупных слитков//Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук.пр. ДДМА- Краматорськ-Хмельницький. - 2002. - С.128-130.
Гринкевич В.А., Кузьмина О.М. Прогнозирование макроструктуры титановых сплавов при осадке// Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. праць. ДДМА. - Краматорськ. - 2003. - С.306-308.
Гринкевич В.А., Кузьмина О.М. Относительное влияние контактного подстуживания и трения на формоизменение при осадке образцов из титановых сплавов//Вестник НТУУ “Киевский политехнический институт”.Машиностроение. - Киев: НТУУ КПИ, 2003.- №44. - С.77-78.
Банашек Г., Ступка А.Г., Гринкевич В.А., Кузьмина O.M., Дыя Х. Экспериментальный анализ распределения полей интенсивности деформаций при протяжке в фасонных бойках // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 2. - С. 68 - 71.
Кузьмина О.М. Применение метода стержней к анализу напряженно-деформированного состояния при осадке //Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. ДДМА - Краматорськ. - 2004. - С.381-383.
Кузьмина О.М., Кострижев А.Г. Экспериментальное исследование влияния смазки и температуры на неравномерность деформации при осадке//Теория и практика металлургии. - 2004. - №5 - С. 61 - 64.
Кузьмина О.М., Гринкевич В.А. Исследование влияния параметров горячей осадки на неравномерность структуры заготовок с помощью численного моделирования//Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. - Т.8. Пластична деформація. - Дніпропетровськ. - 2005. - С.484-487.
Кузьмина О.М., Кострижев А.Г. Экспериментальное исследование влияния технологических параметров ковки на макроструктуру и пластические свойства дисков//Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. ДДМА. - Краматорськ. - 2005. С. 226 229.
Кузьмина О.М., Кострижев А.Г. Экспериментальное исследование влияния ориентировки макроструктуры на деформируемость дисковидных поковок //Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні:Темат. зб. наук. пр. ДДМА. - Краматорськ 2006. С.299301.
Додатково наукові результати опубликовані в роботах:
Гринкевич В.А., Кузьмина О.М. Влияние трения и скорости деформации на деформацию образцов из титановых сплавов //Х Региональная научная и научно - техническая конференция: Сб. тезисов докладов.- Мариуполь: ПГТУ, 2003.-С.99.
Гринкевич В.А., Кузьмина О.М. Смазка как тепловой экран в процессах деформации титановых сплавов // Х Региональная научная и научно - техническая конференция:Сб. тезисов докладов.-Мариуполь:ПГТУ,2003.-С.98.
Вдовин В.Ф., Гринкевич В.А., Кузьмина О.М., Ступка А.Г. Методика определения эффективности технологических смазок применительно к процессам ковки и объемной штамповки //В сб. Nowe technologie i osiagniecia w metalurgii i inzynierii materialowej. - Metalurgia. - N39. - Czestochowa(Poland). - 2004. - P.272-274.
АНОТАЦІЇ
Кузьміна О.М. Кування дископодібних поковок із попередньо сформованим полем деформацій для підвищення технологічної пластичності металу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 Процеси та машини обробки тиском. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2006.
Дисертація присвячена визначенню закономірностей зміни нерівномірності деформації дископодібних поковок при ковці. Використання визначених закономірностей дозволить удосконалити технологічну схему виробництва дископодібних поковок з метою отримання заданого рівня технологічної пластичності.
У теоретичній частині досліджений вплив технологічних параметрів ковки дископодібних поковок на нерівномірність деформації по параметру “розмір зерна”. Теоретичне дослідження виконано за допомогою кінцево-елементної програми.
У експериментальній частині виконано дослідження впливу технологічних параметрів ковки дископодібних заготовок на зміну нерівномірності деформації, що, в свою чергу, зумовлює подальшу технологічну пластичність заготовки.
На базі проведених досліджень та отриманих залежностей пропонується нова технологічна схема виробництва дископодібних поковок. Шляхом зміни параметрів пропонованої технологічної схеми можна отримувати дископодібні поковки із заданим рівнем деформованості.
Результати роботи використані на АТ “Новокраматорський машинобудівний завод” та на ДНВП “Текопром”; рекомендовані для використання на ВО “Південмаш” науково-технічною радою ВАТ “УкрНДІТМ”.
Ключові слова: ковка, дископодібна поковка, мікроструктура, макроструктура, технологічна пластичність, технологічна схема, нерівномірність деформації.
Кузьмина О.М. Ковка дисковидных поковок с предварительно сформированным полем деформаций для повышения технологической пластичности металла Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 Процессы и машины обработки давлением. Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2006.
В диссертации выполнено новое решение научно-технической задачи, которое состоит в определении закономерностей изменения неравномерности деформации по параметрам неравномерности размера зерна и искажения слоев металла в зависимости от технологических параметров процесса ковки и уровня указанных параметров в заготовке, и в оптимизации технологии ковки дисковидных поковок с целью повышения деформируемости. Практическое значение полученных результатов заключается в разработке технологической схемы производства дисковидных поковок.
Теоретическое исследование неравномерности деформации по параметру “размер зерна” проведено методами численного моделирования. Оно позволило получить зависимости неравномерности деформации по параметру “размер зерна” при ковке дисковидных поковок от геометрии цилиндрической заготовки, степени деформации и скорости деформации для титанового сплава ВТ8 и стали 45 и расширить диапазон применения статических диаграмм рекристаллизации второго рода.
Экспериментальное исследование искривления слоев металла дисковидной поковки проводилось на базе метода стержней, на основе которого предложен критерий оценки неравномерности деформации дисковидных поковок. Экспериментально получены количественные зависимости указанного критерия при ковке дисковидных поковок со смазкой от отношения высоты к диаметру цилиндрической заготовки, степени высотной деформации, температуры на контакте металла с инструментом и времени контакта до начала деформации. Экспериментально доказано влияние неравномерности деформации на дальнейшую деформируемость дисковидной поковки. Установлено, что ковку заготовок с исходной неравномерностью деформации, ориентированной в осевом направлении, следует осуществлять с получением критерия неравномерности деформации не ниже 3.
На основе проведенных исследований и полученных зависимостей разработана новая технологическая схема производства дисковидных поковок с повышенной деформируемостью металла. Путем изменения параметров разработанной технологической схемы можно получать дисковидные поковки с заданным уровнем деформируемости.
Предложенные в работе рекомендации по оптимизации технологий ковки поковок использованы на АО “Новокраматорский машиностроительный завод”. Использование предложенной технологии ковки дисковидных поковок на ПО “Южный машиностроительный завод” рекомендовано научно-техническим советом ОАО “УкрНИИТМ”. Предложенная технология производства дисковидных поковок принята к реализации на ГНПП “Текопром”.
Ключевые слова: ковка, дисковидная поковка, микроструктура, макроструктура, технологическая пластичность, неравномерность деформации.
Kuzmina O.M. Forging of disk-shape forgings with the predicted deformation field for technology deformability increase. Manuscript.
Thesis for the candidate degree in engineering sciences in speciality 05.03.05 Processes and machines of metal forming. National Metallurgical Academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2006.
The dissertation is devoted to the deformation of non-uniformity change laws in the disk-shape metal parts during forging. Use of the received laws allowed to develop the technology schema of disk-shape metal parts with increased deformability forging.
Influence of the forging technological parameters on non-uniformity of grain size in disk-shape metal parts is investigated in the theoretical part of the dissertation. Theoretical research is executed with the help of the finite - element program.
Influence of forging technological parameters on focused macrostructure formation in disk-shape metal parts is investigated in the experimental part of the dissertation. As was shown, form of deformation non-uniformity determines the further deformability of the metal parts.
On the basis of the carried out research and the received dependencies the new technological schema of disk-shape metal parts with increased deformability is offered. Changing of suggested technology parameters allows to receive disk-shape forgings with the certain level of deformability.
Results of the dissertation are used at the joint-stock company “Novokramatorsk machine-building plant” and at SSPE “Techoprom”. The results are recommended for use at “Pivdenmash”.
Key words: forging, disk-shape forging, microstructure, macrostructure, deformability, non-uniformity of deformation.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технологічність конструкцій заготовок. Оцінка технологічності. Рекомендації до забезпечення технологічності конструкцій заготовок. Штампування поковок на горизонтально-кувальних машинах. Номенклатура поковок, одержуваних на ГКМ. Точність поковок.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 26.03.2009Дослідження пластичної деформації, яка відбувається при обробці заготовок різанням під дією прикладених сил в металі поверхневого шару і супроводжується його зміцненням. Аналіз зміни глибини поширення наклепу в залежності від виду механічної обробки.
контрольная работа [540,7 K], добавлен 08.06.2011Способы производства поковок, изготовление их с помощью различных операций. Подбор метода холодной объемной штамповки. Разновидности осадки, выполнение протяжки. Технологии образования углов между частями заготовки или придание ей изогнутой формы.
лабораторная работа [146,0 K], добавлен 16.11.2015Сущность процесса изготовления заготовок ковкой как формоизменения исходной заготовки вдоль одной (вертикальной) или двух осей (вертикальной и горизонтальной). Применяемое оборудование и материалы, классификация и типы поковок, разработка чертежа.
презентация [371,7 K], добавлен 18.10.2013Назначение и условия работы детали в узле. Выбор оптимального метода получения заготовки. Химический состав и механические свойства стали. Штамповка и термообработка заготовок. Травление стальных поковок. Люминесцентный и магнитный методы контроля.
контрольная работа [953,4 K], добавлен 11.12.2015Состав и принцип работы механизированных ковочных комплексов. Осадно-поворотные и подъемно-поворотные столы. Устройства для раскатки полых заготовок. Приспособления для быстрого крепления бойков. Оборудование для удаления окалины со стола пресса.
контрольная работа [532,3 K], добавлен 16.07.2015Применяемое оборудование и инструмент. Классификация молотовых поковок, ручьев при штамповке. Определение размеров исходной заготовки, количества переходов. Рекомендации по разработке чертежа поковки. Диаметр расчетной заготовки в произвольном сечении.
презентация [685,1 K], добавлен 18.10.2013Аналіз технології деформування заготовок при виробництві залізничних коліс. Вплив параметрів кінцево-елементних моделей на точність розрахунків формозміни металу й сил при штампуванні заготовок залізничних коліс. Техніко-економічна ефективність роботи.
магистерская работа [6,1 M], добавлен 01.07.2013Аналіз впливу легувальних елементів та домішок на технологічну зварність сталі 16ГНМА. Методика та розрахунок фазового складу металу зварного шва. Кількість структурних складових металу навколошовної ділянки. Схильність до утворення тріщин при зварюванні.
курсовая работа [847,8 K], добавлен 06.04.2012Процесс ковки как способ обработки металлов давлением. Основные разновидности осадки. Схема изменения размеров заготовки при протяжке. Способы чередования обжатий и кантовок при протяжке. Основные дефекты поковок. Дефекты на отрубленных заготовках.
реферат [2,8 M], добавлен 23.12.2013Основные этапы проектирования участка изотермического отжига поковок, расчет программы цеха. Выбор марки стали, расчет производительности оборудования и определение его количества. Проектирование технологического процесса, теплотехнический расчет.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.02.2014Пластична деформація металу, що може відбуватись ковзанням і двойникуванням. Металографічне вивчення механізму деформації. Вибір холодної і гарячої обробки металів тиском. Поперечна і беззлиткова прокатка металу. Вихідний продукт прокатного виробництва.
реферат [784,3 K], добавлен 21.10.2013Розробка пристроїв для зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів авіаційних газотурбінних двигунів дискобарабанної конструкції за допомогою застосування пристроїв, що використовують динамічний напір осьового потоку повітря.
автореферат [2,4 M], добавлен 11.04.2009Технологический процесс ковки – протяжки в вырезных бойках. Разбор моментов проработки металла поковки по всему очагу деформации. Разработка модели, с помощью которой можно найти оптимальные условия деформации в вырезных бойках. Недостатки данной модели.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 04.05.2010Розробка режимів обтиснень і калібровки валків для прокатки на рейкобалковому стані круглої заготовки. Визначення температурно-швидкісних, енергосилових параметрів, продуктивності стану. Розрахунок міцності та деформації технологічного устаткування.
дипломная работа [891,7 K], добавлен 07.06.2014Особенности и преимущества штамповки на горизонтально-ковочной машине. Классификация поковок. Конструкция оборудования. Требования к проектированию технологических процессов штамповки на горизонтально-ковочной машине. Охлаждение и термообработка поковок.
курсовая работа [421,3 K], добавлен 14.03.2016Кривошипные горячештамповочные прессы и классификация штампуемых поковок, их разновидности и функциональные особенности. Гидравлические и винтовые прессы, область применения. Специфика штамповки заготовок на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ).
презентация [1,5 M], добавлен 18.10.2013Використання алюмінію та його сплавів у промисловості, висока та технічна чистота металу. Підвищення вмісту цинку та магнію для забезпечення регуляції їх пластичності та корозійної стійкості. Аналіз сплавів алюмінію за рівнем технологічності їх обробки.
контрольная работа [11,3 K], добавлен 19.12.2010Проектирование механизма с адаптивной регулировкой закрытой высоты кривошипного горячештамповочного пресса на основе имитационной модели. Суммарный учет отклонения параметров процесса ГОШ, стабилизация и снижение отклонений высотного размера поковок.
автореферат [2,8 M], добавлен 27.11.2011Сутність технологічного процесу і обладнання для вільного кування. Аналіз виготовлення штока методом лиття і штампування; визначення і порівняння виробничої собівартості деталі. Вибір економічно раціонального і доцільного способу виготовлення заготовки.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 04.11.2012
