автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка процесса горячего однопроходного волочения продольно-армированных труб из бороалюминия на подвижной оправке

л/ ■

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. №

ПАЛТИЕВИЧ АНДРЕЙ РОМАНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕГО ОДНОПРОХОДНОГО ВОЛОЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНО-АРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ БОРОАЛЮ1МИНИЯ НА ПОДВИЖНОЙ ОПРАВКЕ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена на кафедре «Технология металлических материалов» «МАТИ»- Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Галкин В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Шелест А.Е.

кандидат технических наук, доцент Щербаков А. М.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного

Совета.

Защита диссертации состоится " -/ " & £ 2000 года в часов на заседании специализированного Совета К063.56.04 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в области обработки металлов давлением в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, 3.

Отзыв (заверенный печатью) просим высылать по указанному

адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " ¿Н. " С _2000 года.

Ученый секретарь Совета, кандидат технических наук

В. С. Соколов

Общая характеристика работы

Актуальность темы и цель работы. Большое значение б

конструкции летательных аппаратов имеют сборные силовые элементы, особенностью которых является их эксплуатация в условиях циклических нагружений в области повышенных температур, кроме того, вес конструкций жестко регламентирован. Наиболее широкое распространение в качестве силовых элементов конструкций по сравнению с другими видами изделий и полуфабрикатов из ВКМ получили продольно-армированные трубы из бороалюминия. Преимущество конструкционных элементов в виде труб заключается в их замкнутом цилиндрическом контуре, способном выдерживать длительные нагрузки без потери устойчивости в большей мере по сравнению с профилями незамкнутого контура. Кроме того, продольно-армированные трубы, благодаря симметричности контура, отличаются относительно простой технологией производства по сравнению с другими видами изделий и полуфабрикатов из ВКМ.

На сегодняшний день освоен выпуск армированных труб, высокого качества методами газо- и паро-статического прессования, прессования и термокомпрессии. Методом термокомпрессии налажена установка закон-цовочных элементов на трубные изделия. Однако данные методы имеют ряд недостатков: сложность конструкции оснастки, длительность процесса получения, большой расход материала. Кроме того в ряде случаев требуется много циклическое нагружение, что влечет дополнительное разупрочнение волокон.

Современные способы производства ВКМ должны в полной мере учитывать особенности композиционного материала и основываться: не на типовом оборудовании ОМД, а на применении специального оборудования и оснастки, спроектированных с учетом специфики ВКМ. Кроме того, новые процессы должны обладать более высокой производительностью,

В связи с этим актуальной задачей исследования является разработка

новых процессов производства продольно-армированных труб, для реализации которых требуется более простая конструкция оснастки, имеющие более высокую производительность и обеспечивающие получение труб высокого качества.

Целью работы является исследование и разработка научно-обоснованного технологического процесса получения продольно-армированных труб из ВКМ системы А1-В методом однопроходного горячего волочения на подвижной оправке.

Научная новизна. На основе экспериментального и математического моделирования функционально определена динамика изменения величины смещения шага укладки волокон по слоям сборной заготовки от степени деформации и начального значения шага смещения.

Определена зависимость напряжения компактирования сборной заготовки от степени деформации, позволяющая учитывать процесс саморегулирования шага смещения волокон в ходе компактирования.

На базе критериального подхода разработана методика расчета основных параметров однопроходного волочения продольно-армированных труб на подвижной оправке в условиях, близких к изотермическим.

Получены количественные зависимости напряжений в технологической оболочке в зависимости от параметров процесса компактирования получаемых труб и геометрии инструмента

Практическая значимость. Разработан способ производства продольно-армированных труб из ВКМ методом волочения на подвижной оправке.

Разработан способ производства продольно-армированных труб из ВКМ методом волочения на подвижной оправке с использованием технологической оболочки.

Сконструирована экспериментальная волочильная установка для однопроходного волочения труб из ВКМ

Сконструирована экспериментальная волочильная установка для однопроходного волочения труб из ВКМ с использованием технологической оболочки.

Предложена методика проектирования технологического процесса производства труб из ВКМ методом однопроходного волочения.

На способ волочения продольно-армированных труб методом горячего волочения с использованием технологической оболочки подана заявка на изобретение № 99113536/20

Законченность работы характеризуется выполненным комплексом теоретических и экспериментальных исследований и практической реализацией полученных результатов.

Достоверность результатов исследований подтверждается обоснованностью принятых допущений при теоретическом анализе, применением апробированных методов проведения и обработки данных, хорошей сходимостью расчетных и экспериментальных результатов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции «Новые материалы и технологии» МАТИ 1999г.; трех Всероссийских молодежных конференциях «Гагаринские чтения» МАТИ 1997-2000 гг.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 8 статьях и тезисах докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, содержит 157 страниц, 37 рисунков, 18 таблиц, список литературы содержит 89 наименований.

Содержание диссертационной работы Введение

Диссертационная работа направлена на разработку и исследование нового технологического процесса - однопроходного горячего волочения продольно-армированных труб из ВКМ системы А1-В.

Общее состояние вопроса

Современные достижения в области развития различных отраслей

техники, и в первую очередь авиа- и космостроения, характеризуются широким использованием новых материалов, отличающихся высокими конструкционными и эксплуатационными свойствами.

К числу наиболее перспективных ВКМ относится композиция А1-В, обладающая высоким комплексом механических характеристик. Широко применяемым видом полуфабрикатов из ВКМ являются продольно-армированные трубы.

Перспективным способом получения труб из ВКМ следует считать волочение - выгодно отличающееся от других процессов производства труб из ВКМ локальным характером очага деформации. Поэтому потребное усилие для проведения волочения значительно ниже по сравнению с такими процессами, как термокомпрессия и газостатическое прессование.

Возможность практической реализации процесса волочения для получения труб из ВЬСМ объясняется наличием в заготовке армирующих волокон. Как и в случае эксплуатации труб из ВКМ, так и на этапе их производства армирующие волокна должны воспринимать основную долю нагрузки в долевом направлении. Наличие армирующих волокон в ВКМ позволяет разработать новый технологический процесс получения продольно-армированных труб - горячим волочением. Кроме того, волочение позволяет значительно упростить конструкцию деформационной установки и увеличить производительность процесса.

Для реализации процесса волочения продольно-армированных труб необходимо проведение комплексных исследований, чему и посвящена настоящая работа.

На основании выше изложенного сформулирована цель настоящих исследований, которая представлена в разделе «Общая характеристика работы». Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- Математическое моделирование процесса компактирования сбор-

заготовки.

Анализ процесса однопроходного волочения продольно-армированных труб на базе критериальной системы.

- Математическое моделирование процесса волочения труб из ВКМ, определение напряженно-деформированного состояния в ходе процесса волочения методами математического моделирования.

- Проектирование технологической оснастки для волочения продольно-армированных труб из ВКМ.

- Исследование силовых условий в ходе экспериментального однопроходного волочения продольно-армированных труб.

- Экспериментальная проверка результатов исследования и изучение структуры и свойств получаемых изделий.

Материалы и методы исследования

В качестве материала матрицы в работе использовали технически чистый алюминий АД1 и сплав АМгб, в качестве армирующего элемента -волокна бора диаметром 140 мкм. Сборные заготовки получали из мерных слоев плазменных лент - полуфабрикатов и алюминиевой фольга.

Качество получаемых труб определяли по результатам фракционного фрактографического и металлографического анализов. Металлографические исследования проводили на растровом электронном микроскопе 18М-из. Образцы для исследований получали резкой на электроэрозионной установке СН140П. Механические характеристики ВКМ оценивали при испытаниях на растяжение образцов, вырезанных в долевом направлении из трубы на разрывной машине «Инстрон» со скоростью нагруже-ния 1,0 мм/мин.

Для математического моделирования деформационных процессов применен метод конечных элементов, который реализован в программном продукте ОРогш.

Математическое моделирование процесса компактирования сборной заготовки

Важнейшим параметром деформационных процессов компактирования ВКМ является напряжение компактирования, которое широко используется в расчетах.

Реализован двухстадийный анализ процесса компактирования сборной заготовки. Сначала изучен характер течения материала матрицы в объеме «элементарной ячейки», затем - в сборной заготовке в целом. При сборке заготовки величина смещения волокон одного слоя относительно другого является неконтролируемым параметром. Поэтому начальная форма «элементарных ячеек» является произвольной.

При компактировании идет так называемый процесс саморегулирования структуры. Благодаря этому волокна стремятся переместиться на равноудаленное расстояние друг относительно друга. В связи с этим, величина смещения соседних рядов волокон при деформации ВКМ в общем случае постоянно изменяется и в конечном итоге стремиться достичь величины 0,5 от шага укладки волокон.

Предложена зависимость для расчета напряжения компактирования сборной заготовки, учитывающий ее строение: „ . , п - 2 Л

=_ * _1, (1)

п

где:

сг *с • напряжение компактирования для наружных слоев; »

СГ кв . - напряжение компактирования для ]-ого внутреннего слоя;

п - число слоев волокон в заготовке;

к - количество рассмотренных в модели типов «элементарных ячеек».

Ь] - весовой коэффициент учитывающий количество «элементарных ячеек» с шагом смещения волокон (8СМ)-

Первоначально весовые коэффициенты для каждого вида «элементарных ячеек» равны между собой. В ходе компактирования за счет са-

морегулирования структуры происходит изменение вида «элементарных ячеек», поэтому изменяются и их весовые коэффициенты. Для оценки характера изменения структуры В КМ при компактировании проведены модельные эксперименты и предложена методика расчета весовых коэффициентов.

Выбран массив экспериментальных данных для «элементарных ячеек» с начальными значениями 8СМ = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5. Результаты серии экспериментальных исследований аппроксимированы для каждого слоя кубическим полиномом и представлены графически (рис. 1).

Рис.1 Характер изменения шага смещения волокон по слоям в процессе компактирования сборной заготовки для «элементарных ячеек» с различной начальной величиной 8СЧ.

Первоначально значения весовых коэффициентов для каждого из слоев равны единице. Для слоя с начальным 8СМ=0, являющегося минимальным шагом смещения, при достижении степени деформации е = 7% текущее значение 8СЧ становится равным 0,1 (рис. 1), что соответствует начальному шагу смещения следующего слоя, т.е. «элементарная ячейка с 8СМ=0 приобретает форму «элементарной ячейки» с 8СМ=0,1. Таким об-

разом, напряжение компактирования для слоя с 8СМ=0 должно рассчитываться по формуле соответствующей 8СМ=0,1. Следовательно весовой коэффициент для рассмотренного слоя становится равным 0, а для слоя с 8СИ=0,1 увеличивается в 2 раза.

Расчет напряжений, действующих в «элементарной ячейке» с указанными выше шагами смещения, велся с использованием математического моделирования в конечно-элементном программном продукте (ЗРопп.

Как показали расчеты, напряжение компактирования значительно зависит от типа «элементарных ячеек». Данные зависимости были аппроксимированы кубическим полиномом и получены коэффициенты аппроксимации

Методика, проиллюстрированная рисунком 1 позволяет рассчитать напряжение компактирования с учетом процесса саморегулирования смещения волокон.

Полученная функциональная зависимость напряжения компактирования от степени деформации представлена на рисунке 2, значения коэффициентов аппроксимации даны в таблице1

а* ее, МПа

300 250 200 150 100 50

о ь

0 10 20 30 40 50 /С

Рис. 2 Зависимость напряжения компактирования от степени деформации сборной заготовки с различными материалами матрицы.

Таблица 1

Коэффициенты аппроксимации для расчета напряжения _компактирования сборной заготовки._

Материал матрицы Коэф< шциенты

А В С Б

АД1 2,51 228,68 -1167,4 3263,9

АМгб 8,74 515,26 -2544 6532,7

Экспериментальная проверка по определению напряжения компактирования показала, что расчетные значения хорошо согласуются с экспериментальными данными. Коэффициент корреляции составляет 0,98.

Исследования условии и режимов волочения труб из волокнистых композиционных материалов на подвижной оправке

Взаимосвязь основных параметров технологического процесса описывает система критериальных выражений, основывающаяся на требованиях, предъявляемых к изготавливаемому изделию.

В условиях однопроходного волочения, процесс и очаг деформации можно условно разделить на две части. На первой стадии обеспечиваются условия для образования полного физического контакта компонентов. На второй - формирование прочной связи между компонентами за счет их адгезионного взаимодействия. Для реализации двухстадийного характера взаимодействия компонентов в процессе однопроходного волочения, предлагается конструкция волоки, имеющая две зоны деформирования (рис. 3).

Согласно критерию компактного строения ВКМ, определяется минимальная степень деформации:

М ((£>*-<! >Кт)/(1-Кт)-Пг

о т у А» + Лщ,

(2)

и протяженность первой зоны волоки Ц: 1 (3)

6

где:

D.Ip - внешний диаметр получаемой трубы; DMr - внешний диаметр сборной заготовки; drp - внутренний диаметр получаемой трубы; К,„, - коэффициент неплотности в сборной заготовке;

a¡ - угол конусности в первой зоне волоки. 1 - оправка; 2 - заготовка ВКМ; 3 - волока

Рис. 3 Схема получения труб из ВКМ волочением

Силовые условия и скоростной режим деформации можно оценить по второму и третьему критериям: Pr = (er„ cos а2 - тк sin a2)r:Dcp¡2 < a'^zl.D^ 1

P¡ = (ст„sina2 + r, eosa2)irDcpl2 < ctck{dIp -dlp)¡A]' где:

Pi ,РГ - усилия, воспринимаемые сборной заготовкой, соответственно, в осевом и радиальном направлениях;

<3n , Ok - соответственно, напряжения нормальное и касательное в зоне контакта заготовки с волокой;

Dcp - среднее значение внешнего диаметра заготовки во второй зоне волоки 12; ос - временное сопротивление ВКМ при растяжении в продольном направлении; o*scp -среднее значение напряжения компактирования ВКМ во второй зоне волоки

Протяженность второй зоны волоки составляет:

(4)

/2 <-

D.

2 tga,

tXdIp -d^Xcos аг-ц sin g2) (5) Acr's fga2(sin a2 + // cos a2)

где:

ц - коэффициент трения.

Для статических процессов получения изделий го бороалюминия экспериментально установлен оптимальный температурный интервал 12

деформирования 480 - 500 °С, скорость деформирования не должна превышать 1,5 мм/с. >

Согласно расчетам, оптимальными углами конусности первой зоны волоки 11 следует считать значения а] в интервале от 3 до 7 При меньших значениях ах протяженность 1] резко меняется, при больших - меняется незначительно, что снижает возможность регулирования и управления параметрами процесса.

Протяженность второй зоны деформирования волоки 12, связана с геометрическими параметрами волоки и максимально допустимыми значениями напряжения компактирования. Наиболее оптимальный интервал составляет 1-3°. Это, с одной стороны, обеспечивает достаточно большую протяженность второй зоны, что необходимо для прохождения адгезионного процесса взаимодействия компонентов, а, с другой, дополнительное, в допустимых пределах, обжатие скомпактированных труб.

Полученные зависимости позволили разработать методику расчета основных геометрических параметров оснастки и легли в основу конструкции волочильной установки для производства труб из ВКМ системы алюминий - бор диаметром 20 мм с толщиной стенки 1 мм (рис. 4). Процесс волочения проводился со скоростью не более 1,5 мм/с при температуре 480-500 °С, с применением смазки в виде водного раствора коллоидального графита с добавками легко испаряющихся жидкостей

1- захват

2 - волока

3 - заготовка

4 - оправка

5 -стойки - стяжки

6 - основание

7 - фиксатор

Рис. 4 Схема волочильной установки, для производства продольно - армированных труб. ^

Волочение по разработанным режимам обеспечило получение труб компактного строения с прочной связью между компонентами и сохранением сплошности волокон. Свойства материалов, полученных по новой технологии, соответствуют требуемым (табл. 2).

Таблица 2

Механические свойства бороалюминиевых труб диаметром 20 мм и толщиной стенки 1мм с различным содержанием объемных долей

компонентов.

Объемная доля волокон ос, МПа Ес, МПа

0,25 780-810 140000-145000

0,35 1030-1070 180000-190000

0,45 1280-1310 200000-215000

Основным недостатком предложенного технологического процесса волочения продольно-армированных труб, как показали эксперименты, оказалось невысокое качество поверхности получаемого изделия.

Неблагоприятные граничные условия, на поверхности заготовка -оснастка, характерные для горячего волочения, приводят к повышенному износу инструмента.

Наиболее предпочтительным для повышения качества поверхности получаемых труб представляет собой разработка процесса волочения труб из ВКМ с использованием технологической оболочки (рис. 5).

1 - оправка; 2 - заготовка ВКМ; 3 - волока; 4 - полости в волоке; 5 - технологическая оболочка.

Рис. 5 Схема получения труб из ВКМ волочением с использование технологической оболочки.

Контактирование трубной заготовки ВКМ сопровождается только радиальным обжатием материала без его осевого удлинения, в то время как формоизменение технологической оболочки, особенно во второй зоне волоки, должно сопровождаться изменением ее размеров как в радиальном, так и осевом направлениях. Это должно привести к неравномерности скоростей деформирования ВКМ и технологической оболочки. Тем самым, возможно появление растягивающей составляющей осевого напряжения на границе ВКМ - технологическая оболочка. Для компенсации этого воздействия во второй зоне волоки предложено выполнить продольные пазы, которые будут служить для удаления излишков материала оболочки с целью уменьшения ее осевого удлинения при деформировании.

Расчет параметров технологического процесса велся с использованием методов математического моделирования.

Процесс моделирования формоизменения технологической оболочки разбивается на две части, соответствующие зонам волоки.

На границе технологическая оболочка - сборная заготовка, напряжения в конце первой зоны волоки, достигают величины 120 МПа для АД1 и 150 МПа для АМгб, что достаточно для компакгирования сборной заготовки и, при этом, не превышают критических значений. Толщина сборной заготовки не оказывает существенного влияния на напряжение компакгирования, которое в основном зависит от угла конусности волоки и материала технологической оболочки

В результате моделирования установлена связь между длиной первой зоны волоки и углом конусности в этой зоне (табл. 3).

Таблица 3

Зависимость угла конусности волоки от протяженности первой зоны

волоки, при Рто 20 мм, 1^=1 мм, Ур0,45.

Угол конусности аь град Длина первой зоны 1ь мм

АД1 АМгб.

4 4 3

5 3,5 2,5

6 3 2

7 2,5 1,5

Во второй зоне инструмента имеются продольные пазы, служащие для затекания части материала технологической оболочки при ее осевом удлинении.

В ходе исследований установлено, что при деформировании в материале технологической оболочки могут наблюдаться три типа очага деформации. В заполнении полостей волоки участвуют только внешние, внешние и срединные, либо пластическое течение распространяется на все слои технологической оболочки.

Наиболее благоприятным типом очага деформации является второй тип. В этом случае обеспечивается допустимый уровень силовых условий деформации, минимально допустимый расход материала на изготовление технологической оболочки и отсутствие возможности затягивания в направлении продольных пазов вместе материалом технологической оболочки внешних слоев сборной заготовки.

Анализ результатов моделирования позволил определить значения толщин технологической оболочки при заданном количестве пазов в волоке и интервалов изменения их ширины, при которых наблюдается желательный - оптимальный очаг деформации (табл. 4).

Таблица 4

Количество и ширина пазов в волоке, при которых наблюдается оптимальный очаг деформации при использовании различных толщин техноло-

гических оболочек.

Нхо., толщина тех- Количество пазов в волоке

нол. оболочки, мм 6 8 10

Ширина паза

2 - - -

4 0,7+1 0,7+1 0,7

6 0,7+1,4 0,7+1 0,7

При моделировании процесса формоизменения технологической оболочки из материала АМгб во второй зоне волоки значения напряжений на границе технологическая оболочка-оправка с учетом дополни

тельного осевого растяжения находились в интервале от 170 до 360 МПа независимо от толщины технологической оболочки и количества пазов в волоке. Данный уровень напряжений превышает допустимый и может привести к разрушению волокон.

Величина напряжений на границе технологическая оболочка - сборная заготовка, в случае применения в качестве материала технологической оболочки технически чистого алюминия АД1, находится в интервале 90-130 МПа. Этого достаточно для образования прочного соединения компонентов ВКМ и, в тоже время, не превосходит допустимого уровня. Таким образом, сплав АМгб, в отличие от АД1, не может использоваться в данных условиях в качестве материала технологической оболочки.

На основании проведенного моделирования построены сводные таблицы значений количества и ширины пазов при производстве продольно-армированных труб определенного типоразмера (материал технологической оболочки АД1) (табл.5-7).

Таблица 5

Ширина пазов в волоке в зависимости от их количества при Др 15 мм, _Ьт=4мм._

Количество пазов Толщина стенки трубы, Ь^, мм

1 1,5 2

Ширина паза, мм

6 1-0,7 1-0,7 1-0,7

8 1-0,7 1-0,7 1-0,7

10 0,7 0,7 0,7

Таблица б

Ширина пазов в волоке в зависимости сгг их количества при В,, 20 мм, _Нд^мм._

Количе- Толщина стенки трубы, Ь^ мм

ство пазов 1 1,5 2

Ширина паза, мм

6 0,7-1,4 0,7-1,4 1-1,4

8 0,7-1 0,7-1 0,7-1

10 0,7-1 0,7-1 0,7-1

Таблица 7

Количест- Толщина стенки трубы, Ь^ мм

во пазов 1 1,5 2

Ширина паза, мм

6 1-1,4 1-1,4 1-1,4

8 1 1 1

10 1 1 1

Полученные зависимости позволили разработать методику расчета основных геометрических параметров оснастки и легли в основу усовершенствованной конструкции волочильной установки для производства труб из ВКМ системы алюминий - бор диаметром 20 мм с толщиной стенки 1 мм при использовании технологической оболочки толщиной 4мм, и волоки, с выполненными во второй зоне деформирования 6-ю продольными пазам шириной 1 мм.

Волочение по предложенной методике позволяет получать продольно-армированные трубы компактного строения, с прочным соединением компонентов, сохранением сплошности волокон. Поверхность получаемых труб -высокого качества. Процесс волочения проводился со скоростью не более 1,5 мм/с при температуре 480-500 °С, с применением смазки в виде водного раствора коллоидального графита с добавками легко испаряющихся жидкостей.

В результате механических испытаний образцы труб показали соответствие механических свойств расчетным значениям (табл. 8).

Таблица 8

Механические свойства бороалюминиевых труб диаметром 20 мм и толщиной стенки 1 мм, с различным содержанием объемных долей компонентов.

Объемная доля волокон ас, МПа Ес, МПа

0,25 790-810 135000-145000

0,35 1030-1050 180000-195000

0,45 1270-1310 210000-220000

На разработанный технологический процесс волочения продольно-армированных труб на подвижной оправке с использованием технологической оболочки подана заявка на изобретение № 99113536/20.

Общие выводы

1. Определена динамика изменения величины шага смещения укладки волокон в зависимости от степени деформации сборной заготовки и начального значения шага смещения соседних рядов волокон. Установлено, что независимо от начального значения 8см укладки волокон в конце процесса компактирования этот параметр выравнивается и принимает значения в пределах (0,47 - 0,5)*8.

2. Построена математическая модель процесса компактирования сборной заготовки ВКМ, учитывающая саморегулирование структуры в ходе деформационного процесса. Для расчета напряжений компактирования предложена формула-полином а1с=А+В-£+С'£1 +/>£3, где для случая ВКМ системы А1-В с материалом матрицы АД1 используются коэффициенты: А=2,51; В=228,68; С=-1167,4; 0=3263,9, а для матрицы из АМгб А=8,74; В=525,26; С=-2544; Б=6532,7

3. Разработан новый процесс получения продольно-армированных труб из ВКМ системы АЬ-В методом горячего однопроходного волочения на подвижной оправке. Деформационный процесс рассматривается как двухстадийный, а очаг деформации, соответственно, состоящий из двух зон. Для реализации двухстадийного процесса компактирования армированной трубы предложена новая конструкция волоки, имеющая две конические зоны деформирования, и методика определения геометрии инструмента с учетом параметров сборной заготовки. В первой зоне волоки достигается получение компактного материала, во второй - обеспечивается дополнительное обжатие для получения прочного соединения компонентов.

4. Установлена функциональная взаимосвязь между углом конусности и длиной рабочих зон волоки для сборных заготовок с различным содержанием объемной доли волокон (Уг = 0,25 - 0,45). При производстве труб диаметром 15; 20 и 30 мм и толщиной стенки 1; 1,5 и 2 мм, угол конусности а/ в первой зоне волоки выбирается из интервала 3-7°, при

этом длина рабочей зоны /; находится в интервале от 2 до 10 мм, в зависимости от объемной доли волокон Для второй зоны волоки эти значения, соответственно, составляют 1-3° и 2-6. Максимальная скорость волочения составляет 1,5 мм/с. При температуре процесса 480-500 °С.

5. Бороалюминиевые трубы, полученные по рекомендованным режимам, имеют прочную связь между компонентами, компактное строение, с сохранением сплошности волокон. Механические характеристики соответствуют расчетным значениям и составляют ос = 12801310 МПа, ^=200000-215000 МПа (при Уг=0,45). Недостатком разработанного процесса является относительно быстрый износ оснастки, в следствии чего на поверхности изделия появляются риски.

6. В целях улучшения качества поверхности получаемых труб предложен новый способ получения продольно-армированных труб методом горячего волочения на подвижной оправке с использованием технологической оболочки, которая позволяет избежать прямого контакта заготовки с волокой и, как следствие, улучшить качество поверхности получаемого изделия. Для реализации процесса разработана конструкция волоки, имеющая, помимо конусности рабочих поверхностей, продольные пазы во второй зоне деформирования, служащие для удаления части материала технологической оболочки.

7. Методами математического моделирования во второй зоне волоки установлены оптимальные соотношения между длиной и конусностью рабочих зон, а также шириной пазов во второй зоне волоки и толщиной технологической оболочки. При производстве труб диметром 15; 20 и 30 мм и толщиной стенки 1; 1,5 и 2 мм используется волока с углом конусности а! в первой зоне сгг 4 до 7° и длиной рабочей зоны 11 от 2,5 до 4 мм. Угол конусности и дайна второй зоны волоки выбираются, соответственно, из интервалов 1-3°

и 2-6 мм. Рекомендуется применение во второй зоне числа пазов в интервале 6-10 при их ширине от 0,4 до 1,4 мм. Установлена оптимальная толщина технологической оболочки - 4 мм. Результаты математического моделирования подтверждены проведенными экспериментами.

8. Волочение продольно-армированных труб по разработанной технологии позволяет получать изделия компактного строения с прочной связью между компонентами, с сохранением сплошности и исходной прочности волокон. Полученные трубы имеют высокое качество поверхности, механические характеристики соответствуют расчетным значениям и составляют ас= 1270-1310 МПа, ^=210000-220000 МПа (при VfO,45). На разработанный способ горячего волочения продольно-армированных труб подана заявка на изобретение № 99113536/20. Диссертационная работы выполнялась в рамках гранта Министерства образования РФ: «Проектирование оснастки для процесса производства труб го волокнистых композиционных материалов методом горячего волочения на подвижной оправке через фасонную волоку».

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Научно-технический журнал «Технология легких сплавов». Практика

применения математического моделирования при решении технологических задач обработки металлов давлением». Галкин. В.И., Палгиевич АР., Соколов AB., Паршиков АН, стр. 28-33, №1,2000г.

2. Галкин В.И., Палтиевич А.Р. Исследование напряженно-деформированного состояния и температурно-скоросгных параметров процесса объемной штамповки. В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» ММТ-98, ст. 68. М.: 1998 г.

3. Галкин В.И., Палгиевич АР., Паршиков АН. Математическое моделирование процесса объемной штамповки ребристых панелей и волочения труб из ВКМ. В сб. научных трудов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии», ст. 85-90, М.: 1998 г. о i

4. Палгиевич АР. Исследование течения металла и проектирование шгампо-юй оснастки при штамповке на КГШП осесимметричной детали методом математического моделирования. В сб. тезисы докладов ХХШ Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», ст. 31-32. М.: 1997 г.

5. Палгиевич АР. Исследование напряженно-деформированного состояния материала при моделировании простого сдвига. В сб. тезисы докладов XXIV Всероссийской научной молодежной конференции «Гагаринские чтения», ст. 66-67, М: 1998 г.

6. Палтиевич АР., Беспалов А, Патрикеев А Математическое моделирование процессов волочения труб га ВКМ. В сб. тезисы докладов XXV Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», стр. 321-322. М: 1999 г.

7. Палгиевич АР. Методика определения напряжения компактирования сборной заготовки ВКМ с учетом процесса саморегулирования шага смещения волокон по слоям. В сб. тезисы докладов XXVI Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», стр. 306 М: 1999 г.

8. Математическое моделирование процессов объемной штамповки ребристых панелей и волочения труб из ВКМ Галкин В.И., Палгиевич АР., Паршиков АН. В сб. «Труды МАТИ», в печати.

/

Подписано в печать 17.04.2000 Объем 1 п.л. Тираж 100 Заказ

Типография МАТИ - РГТУ. Берниковская наб., 14