автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Новая технология штамповки биметаллических корпусов химических источников тока

РГ6 од

_ Тульский государственный университет

На правах рукописи

ГЕРАСИМОВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА ¡у Д//^

■У

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ШТАМПОВКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОРПУСОВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением

Автореферат

диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

>

Работа выполнена в Тульском государственном университете.

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент А.К.ЕВДОКИМОВ

Научный консультант ■

доктор технических наук, профессор С.П. ЯКОВЛЕВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.Д. КУХАРЬ

кандидат технических наук В.Ф. ЗИМИН

Ведущая организация -

АООТ "Тульский патронный завод"

Защита состоится

. ¿у

июня 1998 г. в.

/О

час. на заседании

диссертационного совета К 063.47.03 Тульского государственного университета (300600, г. Тула, ГСП, проспект им. Ленина, 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан ¿-¿¿¿^--<[993 Г-

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н., доцент

В.И. Желтков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- Актуальность - темг.;. Одним ~ ~~и"з~~ перспективных , направлений интенсификации производства п условиях устанавливающихся современных рыночных отношений, является - создание и внедрение технологкческтгс прсцсссов, позволяющих организовать производство новых изделий в кратчайшие сроки, максимально используя имеющийся парк оборудования. Организация серийного выпуска' конкурентоспособных изделий, взамен повсеместного массового производства, соответствует запросам рынка и . является основной целью современной экономики. .....

Помимо этого, в настоящее время все острее встает пг>пбтте»й у^пгъг::::. °~™1ппацц,; ^килогичеекм • «истого тгрозпзод^^'ъ«. яалнч¡с» г'отг^н-етт-то "^"мспИого иищеоша,

Химические источники тока (ХИТ) принадлежат к одному из наиболее быстро развивающихся .направлений прикладной электрохимии, тесно увязанной с электротехникой. ХИТ - это , прежде всего блок автономного энергоснабжения. Достижения в этой области нередко определяют прогресс ряда научно-технических направлений, создают предпосылки для разработки современной техники от космических аппаратов до товаров широкого. потребления. И наоборот, возникающие трудности па пути со здгнтг^ сспгри'снных источников тока тормозят развитие целых отраслей техники.

Общее количество Аккумуляторов и элементов, зыпускаемых ежегодно во всех странах мира исчисляется миллиардами штук. Несмотря па то. что уровень электрических и эксплуатационных характеристик современных ХИТ высок, работы а этой области как у нас в стране, так и за рубежом постоянно ведутся в двух направлениях: создание новых конструкций и совершенствование известных электрохимических систем.

Так как корпус ХИТ является деталью, ограничивающей псе конструктивные решения электроэлемента в целом,, то, .развитие, технологических— возможностей" расширяет его эксплуатационные характеристики.

Работа выполнена в соответствии Межвузовской научно-технической программой "Конверсия и высокие' технологии" а также хоздоговорной темы №52-202 "Разработка и' промышленная отладка технологии получения корпусов электроэлемента АЗ 16, применительно к АР Л и быстроходным прессам типа ВР-51".

Цель работы. Создание и научное обоснование новых эколошчеекн безопасных технологии получения корпусов химических источников тока.

Автор защищает: уравнения зависимостей силовых параметров при-обратном выдавливании пуансоном с плоским торцом с учетом треьня на стационарной---н нестационарной' стадиях; ' результаты . теоретических

исследований обратного выдавливания сложнопрофильным инструментом на осиоое предложенных разрывных полей скоростей на стационарной и нестационарной стадиях деформирования; результаты экспериментальных исследований влияния вида смазки, 'в том числе и вновь разработанных, на снлоные параметры утонения дна биметаллического колпака; результаты опытно-экспериментальных Исследований оптимальной геометрии дна колпака при его утонении по схеме обратного выдавливания; значения предельных 'деформаций вытяжки с утонением тонкодонного колпака; разработанную типовую технологию изготовления корпусов химических источников тока из плакированного сталь-никелевого биметалла; программное обеспечение теоретических расчетов, ' экспериментальных и опытных данных технологического цикла.

Научная новизна/

1. Предложены и исследованы новые разрывные поля скоростей с разной геометрией инструмента при подвижным и неподвижным контрпуансоне на стационарной и нестационарной стадиях для процессов обратного выдавливания. При обратном выдавливании плоским пуансоном на различных стадиях деформирования получены уравнения зависимостей силовых и деформационных параметров и условия перехода процесса из стационарной в конечную нестационарную стадию.

2. Обнаружено и экспериментально HCOTeflOBáim явление "выстрел", при

, холодном выдавливании плоскоконусным инструментом на стационарной и * нестационарной стадиях. ;

Методы исследования. Теоретические исследования напряженного и деформированного состояния 3ár0T0BKH выполнены на- основе теории пластичности энергетическим методом с использованием первого экстремального принципа на ЭВМ IBM PC. Экспериментальные исследования , проведены на современном прессовом оборудовании и испытательных , машинах при использовании тензометрических установок и регистрирующей аппаратуры, микроскопа "Neohot-2", электронного микроскопа "Stereoscan 180". Обработка опытных данных проводилась методами математической статистики.

Практическая ценность и реализация работ. На основе выполнения теоретических и экспериментальных исследований разработаны типовые технологии изготовления электроэлементов А286, A31 б, А332 и аккумулятора УФАИ700, внедренные в опытное производство АООТ "Тульский патронный завод". Созданные технологии не имеют аналогов и защищены патентом РФ №2064207, 1996 г. Предложены и опробованы новые виды смазок для деформирования сталь-иикелсг.ых ■ заготовок. Классифицирован технологический брак, выявлены причины tío гоязлешп и разработаны

рекомендации но их устранению.

у ■ - ' .

Некоторые вопросы научных исследований включены в разделы лекционных курсов и лабораторных работ "Экспериментальные исследования напряжений и деформаций", "Компьютерное^ моделирование- процессов объемной штамповки"., а также использованы в исследовательских курсовых и дипломных работах. .

Апробация рабрт..Результаты исследований доложены на Российской научно-технической конференции "Эффективные технологии и техническое перевооружение литейного и кузнечно-штамповочного" производст!?а"(г. Суздаль, 1993г,); на Всероссийской научно-технической конференции "Вопросы развития технологии, оборудования н автоматизации КШП" (г..Тула ■ ¡994 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы теории . проектирования и производства инструмента" (г Ту.тп, 1995 «'.У, нр«*лстапгтс::^ на оегипнал! »ис^а&сак ''Чулп-!'сд:ша. иол" (г. Ту «я, 1997 г.), "Возрождение «• -. ;>льсм>й области" (г. Тула, 1997 г.), на профессорско-преподавательских . конференциях в ТулГУ (1993-1997 г.г.).

Публикации. .Материалы проведенных исследований отражены в 10 печатных работах. '.. .

Структура и объем, диссертации, Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 64 . рисунка, 13 таблиц и 117 наименований бнблиографичгст'ого списка. Обшпн объем работы 201- страница.'

Во эвелечп» обоснована актуальность рассматриваемой в работе цчдйдемы, ч« научная новизна, практическая ценность работы, кратко раскрыто содержание разделов диссертации.

Н_Л^цом_Л5аздел« рассмотрены конструктивные особенности ХИТ, их номенклатура, сфера применения. Исследованы конструкторские и зхся пуатациоинью особенности щелочных электроэлшентов. Изучены технологические процессы изготовления корпусов и выявлены их характерные _ недостатки. Устаноачено, что наиболее... неблагоприятным моментом технологии . получения" корпусов является гальваническое никелирование, создающее опасное производство и ¿агрязнжошее окружающую среду. Кроме гот, рыхлое ии^едгвог покрытие огранкчплдет основные . электрические характеристики элементу _ -.....- -' ;

Попытка применить плакированный биметалл для существующей технологии не ургччался успехом из-за интенсивного осыпания никеля на ошряциях вытяжки, Использование таких процессов,объемной штамповки, как например обратное выдавливание, было затруднено из-за малой изученности л «'формирован;«:! на разных стадиях биметаллических сталь-никелевых заготовок сложнопрофнльныы инструментом.

Основам теоретического анализа процесса обратного выдавливания " посвящены работы таких исследователей как Алюшин Ю.А., Губкин С.И.,

Джонсон В., Зибель Э., Кудо X., Овчинников А.Г., Ренне И.П., Стецанский

A.Г., Тарновский И .Я., Томлеиов А.Д., Томсон Э., Унксов Е.П., Фельдман Г., Шофман A.A. и др. •

В работах Артеса А.Э., Ганаго O.A., Дмитриева. A.M., Евстифеева В.В., Евстратова В.А., Семенова Е.И., Ховарда Ф., Эверхарда. Д. и др. уделено внимание широкому теоретическому и экспериментальному изучению влияния . геометрии инструмента на силовые и деформационные характеристики процесса обратного выдавливания.

В работах Головина В.А., Евдокимова А.К., Митькина А.Н., Мишунина

B.А., Прозорова A.B. и некоторых других авторов показано, что наиболее благоприятной формой торца пуансона является плоско-конусная, позволяющая снизить удельное усилие выдавливания и улучшить качество получаемых деталей.

Обзор теоретических методов, позволяющих исследовать кинематические, силовые и деформационные процессы выявил, что в наиболее оперативном методе верхних оценок отсутствует система выбора и оценки . кинематически возможных полей скоростей. Это не дает возможности качественно охарактеризовать рассматриваемый процесс деформирования, сопоставить его с другими решениями и оптимизировать режимы деформирования и геометрию инструмента.

В научно-технической литературе недостаточное внимание уделяется технологическим задачам обратного выдавливания сложнопрофильным инструментам на стационарной и нестационарной стадиях. ч

На основе этого сформулированы следующие основные задачи исследования:

1. Разработать основы экологически безопасных новых технологических, процессов получения биметаллических сталь-никелевых корпусов на базе анализа конструктивных и эксплуатационных особенностей химических

ИСТОЧНИКОВ TOKQ .

. 2. Выполнить теоретический аналцз и провести экспериментальные исследования силовых и деформационных параметров операций обратного выдавливания сложно-профильным инструментом. Создать опорные теоретические решения для - исследования усложненного характера деформирования. Оптимизировать режимы и Геометрию инструмента на различных стадиях деформирования. -

3. Исследовать процесс многоонерационной вытяжки с утонением с учетом переменного соотношения дна и стенки полуфабриката при переходе от одной операции к другой. ■

4. Исследовать оптимальную геометрию дна полуфабриката При ут.оненни по схеме обратного выдавливания с учетом последующих операций' eco формовки и рихтовки..

5. Исследовать качество полуфабрикатов и изделия, классифицирован. 1ехиологические дефекты, выявить причины на основании экспериментальных

исследований, установить пути их устранения._____________________________— - -----------

____________6. Разработать рекомендации по проектированию технологических

процессов. Использовать результаты исследований в промышленности.

Во втором разделе предложено для- конкретных задач, во избежание 'получения неопределенных значений при различных ее постановках, создана н> опорные решения, представляющие собой для данной задачи наиболее просто" разрывное поле скоростей при наиболее простом математическом описании, не поддающихся дальнейшим упрощениям. Опорные решения не обязаны соответствовать минимуму усилия деформирования.

Установлено, что для обратного выдяп.чикзпип детшюй шиа «?гя«»я Зуздц&шш- с пяоекчч" тгрцоы, и рамках ••лоскодефершфовинкой модели идсалйю ¿ссткондастлчного материала с учетом действия на контактных границах сил трения, существует два опорных решения, удовлетворяющих введенному понятии^ Данные опорные решения, полученные на базе предложенных У. Джонсоном и исследованных Л. Шофманом при выдавливании на стационарной стадии разрывных полей скоростей с мертвой и без мертвой зоны под пуансоном, позволяют решать более сложные задачи такие, как например, анализ влияния геометрии инструмента на усилие деформирования. -

Минимизация"уравнений энергетического баланса мощностей по размера очага деформации позволяет-получить зависимости безразмерного удельного усилия деформирования с учетом трения на контактных фанинах и-стационарной (а) и конечной нестационарной (б) стадиях для схем: без мертвей зоны

■а) ' д.,а

2 к гл/Т-г

Р _2-г{\-т)(\ ^ А V • 2 к~ 2 г Л Л 4 1 - г].'

а) Я _ Щ. 7к г(1-г) ' V \ + тг

б) ^ _

2!(~г\ Л + г(1-г)

б)

с мертвой зоной _

где к - пластическая постоянная, г — (IIО - степень деформации, безразмерные величины высоты очагов деформации X —х / О ; на стационарной и /< =/;//> - на нестационарной стадиях, Ш- показатель трения.

Получена зависимость переходной степени деформации, определяющей тип поля, дающий наименьшее усилие деформирования при конкретных условиях выдавливания. Установлены области существования минимальных значений удельных усилий для первого или второго опорного решения на стационарной стадии, Выведенное уравнение коэффициента скачка кСК описывает изменение очага деформации при переходе из стационарной стадии в нестационарную по схеме с мертвой зоной под пуансоном

«

■ Для анализа процесса обратного выдавливания плоскоконусным пуансоном на стационарной стадии предложено разрывное поле скоростей (рисунок 1), пластическая область которого состоит из трех блоков 2, 3, 4, образованных тремя деформирующими элементами инструмента: плоским участком пуансона с прилегающей мертвой зоной, контейнером и клиновым участком пуансона.

Рисунок 1 - Схема обратного выдавливания плоскоконусным пуансоном: а) разрывное поле скоростей; б) годограф. « •

Очаг деформации, имеющий два параметра оптимизации: .V - ьысчы всей пластической зоны до начала цилиндрического пояска пуансона, у -высота от точки контакта блока 4 с контейнером до начала цилиндрического пояска пуансона,-рассматривается при двук условиях:, контриуансон неподвижен при классическом обратном выдавливании н по способу С. Яшаяева с учетом активного трепня з случае подвижною ковтрпуанеога.

Получены аналитические зависимости: безразмерного удельного усилия деформирования: . ^ . . -

Р _ 1) ) 21 х-:а ¡да '2к~ 1й]х-а £>-/ /+_у/£<х

где для ооратного выдавливания

А,=,

24

~1) -1 т + ¿(Н + у) + 1{х-у)

5т'а(гс/&а+.у} Г- 1 Х>~/

а для выдавливания по С. Яшаяеву

!ПР 2«Г

с!-I д{н~х) {[1-1){х~у)

ят2 а{1с1§а+у) I ИХ ¡( 0-1)

и параметров оптимизации

201(0-1}

= Л—~—, + «

• В + /и

Так как изменение одного параметра инструмента, например (X, влечет' за собой изменение остальных й и /, то при графическом исследовании полученных зависимостей в случае изменении Одного из них все остальные меняли пропорционально.

Анализ полученных графических зависимостей удельного усилия от угла скоса рабочего торца а при фиксированной степени деформации и различных условиях трения для двух рассматриваемых вариантов показывают, что с увеличением контактных касательных напряжений минимум усилия смещается в сторону больших углов, однако в случае выдавливания по С. Яшаяеву, кривая смещения минимумов усилия становится более пологой, а зависимости удельного усилия Р от степени деформации Г при различных условиях трения и фиксированном угле конусности пуансона (а =60° ) имеют минимум, смещающийся в сторону меньших степеней деформации.. Сопоставление зависимостей безразмерных удельных усилий Р от степени деформации г в случае активного и реактивного трения при одинаковых прочих условиях показало, что усилие по С. Яшаяеву ниже.

Рассмотрено обратное, выдавливание в конической матрице плоским пуансоном на стационарной стадии (рисунок 2). Процесс моделируется плоской деформацией с боковым подпором Стенки изделия виртуальным блоком 5. ^

Рисунок 2 - Схема обратного выдавливания в конической матрице: 2) разрывное поле скоростей; б) годограф.

•Очаг пластической деформации представлен блоками 2 и 3 в виде двух • треугольников. Размеры очага деформации характеризуются параметрами А' и у. На границе области с виртуальны? блоком трение нулевое. На контактной границе в блоке 3 действует силы, описываемые показателем трения Прандля

т. Толщина стенки изделия определяется границей очага деформации /,., которая в свою очередь находится в зависимости от параметра V. По мере опускания очага деформации значение толщины стенки £-уменьшается."

— Получены аналитическая зависимость безразмерного удельного усилия деформирования " - -

Л. = А + _ {да + *(? + «) + > ;/;)-/, (мп 2 а + м)1 + тШ^

2к .V 2Л ' И, со»' а 2К. со$2 а 2¡1/

параметры ачага деформации :отгс£и|1 равны

2Д,</|'| соз а tl(l + m) + t¡ со«3 а

tga

сое а + тЛзта С05а

ТдТТ^Т,)

Графический анализ приведенной модели обратного выдавливания б1 конической матрице показал, что с г»«.- гам ■ пето-.ятела трения ш минимум ■утЖлЯ* смсщостся незначительно от 0,44 п сторону меньших значений г.тепеней деформации г.

Для анализа процесса обратного выдавливания спожнопрофильным ;нсч оумептом на стационарно:! стадии предложено разрывное поле скоростей, достроенного так, что нсв липни разрыва касательных составляющих скоростей ;-!"ения в физической плоскости приходят и особые точки профиля ¡¡не фумеата (рисунок 3).

Получена аналитическая зависимость безразмерного усилил дсчЬормировапня: . ...... .. - .....

к+51(а,-''.)**/?:. +

АХ' 2</

Л-/«а-Л, +П, ¡! - 1\

1

. I1 -I (и + я - а)3 • Е1П ¡1

'[(й + .'!)-йР-+ |' I (й + я) • и!-.||» -(а- »,) • созр .

д • Н, (а-а,) • А .__________________(л-о,)-а.______

{1> + а~Ь)ч1

Рисунок 31 - Схема обратного выдавливания сложнопрофильным инструментом на конечной нестационарной стадии: а) разрывное поле скоростей; б) годограф. - •

Получены графические зависимости изменения удельного усилия деформирорания: от степени деформации-' Гн по толщине заготовки от угла скоса торца пуансона а при фиксированном угле скоса торца контрпуансона р ; от совместного изменения углов скоса на пуансоне а и контрпуаисоне Р; от степени поперечной деформации колпака га; от длины плоского участка дна колпака в сторону меньшего заострения пуансона.

В третьем разделе описана методика • Проведения эксперимента с помощью тензомегрирования для определения силовых параметров процесса обратного выдавливания. ч - -

Определено среднестатистическое удельное усилие Р- 1230 Н/мм2 при выдавливании плосконусным пуансоном на стационарной стадии заго-двки из сплава АМг2 с углом а= 75° и плоским торцом (¡-\6 мм при степени деформации е = 0,83. Зафиксировано явление "выстрел", выражающееся в звуковом эффекте, пйхожем на хлопок, и кратковременном (1= 0,5 с) падении удельного усилия до Рт1щ = 430 Н/мм3, т.е. в 2,85 раза.

\

При сопоставлении эксперимента с теоретическими данными полученное

усилие уложилось в диапазоне с показателем трения ш«0,2, а при "выстреле".-- - -------

значение показателя- трения т бытю отрицательным, т.е. в этот момент возникают кратковременные активные силы трения т5, связанные с выплеском смазочного материала из областей высокого давления.

При утонении дна биметаллического сталь-никелевого колпака по методу обратного выдавливания плоскоконусным пуансоном с оптимальным углом конусности а =82° было ?афиксирапапо явление "выстрел", проявившемся а резком утонении толщины дна до 0,1- мм (в пять раз меньшей, чем. настроечная 5 =0,5 мм), и также сопровождавшемся звуковым эффектом.

Получены экспериментальные зччиспмоегк удельного усиляя от стспоиа (ичЬормяЦпП Г,, по шлшине дна при надавливании сталь-никелевых заготовок с различными видами смазок: мыло, мыльная эмульсия, стеарат цинка, дисульфид молибдена (Мо32), олеиновая кислота, бишофит и составами, разработанньши вТулГУ ССНБ-1 и ССНБ-2.

Обработанные статистическими методами экспериментальное данные позволяют сделать вывод, что вид смазки оказывает более существенное влияние на усилие деформирования при больших степенях деформации г1г *

Установлено, что смазочные составы ССНБ-1. и ССШ-2, обладающие наилучшими отражательными свойствами на вытяжных операциях, а при испытании по утонению дна колпака показывают меньшие силовые , характеристики по сравнению с МоЗг, но большие, чем мыло и стеарат цинка.

В четвертом разделе описана опытная отработка элементов технологии. Выявлено, что сталь-никелевый биметалл, получаемый на АООТ "ТПЗ" методом плакирования в прокатном стане, можно подвергать значительным степеням деформации без осыпания и отслоения никеля от основы. Технология получения сталь-никелевого биметалла на АООТ "ТПЗ" отличается от известной в технической литературе более жестким» режимами деформирования, применяемыми смазочными материалами и поверхностной обработкой прокатных валкоа.

Установлены допустимые степени деформации на операциях вытяжки с утонением, позволяющие.учесть нестандартную геометрию заготовки: толщина дна колпака меньше толщины стенок ( например в 1,6 раз для изделия АЗ 16), придонная часть стенки ослаблена после утонения дна по схеме обратного выдавливания и имеет поднутрение с внутренней н утяжину с наружной стороныГ Учитывая это обстоятельство, коэффициенты утонения /л, при разработке технологических процессов повышались на 10...14 %. В работе представлены основные характеристики многооперацнонной выгяжкн с утонением для изделий АЗ 16, А332, .4286, УФАИ700. . .■---■■ - - •' - -• ■ - - Интенсивное налипание никеля на инструмент в результате его высоких адгезионных свойств было устранено благодаря применению смазок ССНБ-1

ал» ССНБ-2, разработанных на основе 2-3 видов жирных кислот, поверхностно-активных веществ, мелкодисперсного порошка и воды.

' Выбор оптимального профиля инструмента при утонении дна по схеме обратного выдавливания осуществлялся с учетом возможности получения окончательной геометрии дна корпуса: ступенчатой - для электроэлементоа и плоской - для ' аккумуляторов. Были испытаны следующие варианты инструмента: фигурный профиль, повторяющий геометрию дна корпуса электроэлемента, в цельной матрице с калибрующим пояском и без него.и с подвижным контрпуансоном, плоскоконусный профиль с разными углами конусности, и разными поверхностями разъема составного инструмента. Установлена оптимальная геометрия рабочего профиля пуансона -илоскоконусная с большим углом'конусности а= 82°, хорошо согласующаяся с теоретическими данными при - сопоставимых характеристиках. Экспериментально найден материал для изготовления .контрпуансона -выталкивателя, работающего в условиях жесткого удара.

Выбор оптимальной геометрии плоскоконусного пуансона повлек за собой появление отрицательного эффекта, названного явлением "выстрел", потребовавшего специального экспериментального исследования. Эту проблему удалось решить введением тормозящих элементов на плоской торцевой части пуансона в виде кольцевых канавок или ступени, высотой «0,1 мм. - '

В разработанной технологии получения биметаллических сталь-никелевых корпусов применено три вида рекристаллизационного отжига в инертной среде: 1. Для снятия упрочнения стальной основы по высоте стенки колпака после комбинированной вытяжки - при температуре 640° С; 2. Для разупрочнения биметалла при многооперационной вытяжке с утонением стенки - при температуре 815° С;' 3. Для разупрочнения материала без ' укрупнения зерна перед раздачей кромки корпуса. г краткосрочный при температуре 815° С.

Микроструктурный анализ выявил, что никелевое покрытие корпусов, изготавливаемых из биметалла, характеризуется большей равномерностью и. сплошностью, зерна стали в стенке обладают меньшей анизотропией, структура более однородна, чем у корпусов с гальванопокрытием. Сравнительные . испытания показали, что коррозионная стойкость биметаллических корпусов при выдержке в агрессивной среде равна 170 часам в сравнении с гальванопокрытым корпусом - 2 часа до полного растворения стальной основы, в внутреннее давление до выпучивания- дна составило соответственно 19 МПа и 3 МПа.

. В пятом разделе приведены основные технологические принципы получения биметаллических корпусов элекгрозлементоа и типовые технологии для изготовления серии изделий: А286, АЛ6, А332, УФАЙ700. Одна из этих технологии представлен,'! на рисунке 4,

/.....

/

•Г 1.' '-ч .

<

д __

Рнсунок 4 - Технологический процесс изготовления биметаллического корпуса аккумулятора УФАИ700. •

Экологическая безопасность- разработанной"технологии обеспечиваете,! за счет прпменения биметаллической сталь-никелевой паши, повышенной толщины ,У(|, колеблющейся в пределах от 1,15 до 8 толщин стенки С готовок» изделия. Для исключения осыпания никелевого покрытия используются формоизменяющие операции утонения дна по схеме обратного холодною выдавливания л многооперационная вытяжка с утонением стенки. Степень деформации 1га каждом переходе вытяжки должна быть не менее ¡5 с/о. В качестве, смазочного материала необходимо использовать композицию на основе жирных кислот. Поверхность инструмента, выполненного из -углеродистой стали, -необходимо защищать эпиламированной пленкой. Рекомендуется применять твепдосплаппыс зставки на вытяжных матрицах. Выполнение комплекса этих рекомендаций позволит обеспечить качественное никелевое покрытие на корпусе электроэл«м«ш»г — '

Представлена классификация брака, сопутствовавшего тем или иным отклонениям от необходимых режимов технологии при проведении опытных работ. Основные т,.пы брака: поверхностные дефекты, разрушения, искажение геометрических параметров изделия. К первому типу относятся точечное отслаивание никеля на внутренней и наружной поверхности изделия и задиры; ¿о второму - обрывы дна' при вытяжке, обрьты в контактном выступе, растрескивание кромки корпуса при раздаче и вытяжке с утонением;., к третьему - образование внутренних буртой при вытяжке, неконцентричных контактных выступов, внутреннего кармчна При утонении, вогнутости В дне на

корпусах аккумулятора; значительный разброс по высоте корпуса (следствие ■повышенного разброса по толщине 5 дна при утонении).

Большинство из перечисленные отклонений связано с ошибочным конструированием рабочего инструмента, особенно его рабочего профиля, выбором неоптимальных режимов термообработки, неверным подбором состава и консистенции смазочного материала и др.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача, состоящая в разработке новой технологии получения корпусов щелочных электроэлементов из плакированного сталь-никелс-вого биметалла и научно-обоснованных режимов деформирования в условиях автоматизированного производства, которые обеспечивают необходимое качество готового изделия.

В процессе теоретического и экспериментального исследований достигнуты следующие результаты:

1. Сформулированы ■ основные • принципы проектирования технологического процесса для изготовления биметаллических сталь-никелевых корпусов ХИТ, позволяющие создать экологически безопасное производство с повышенными эксплуатационными характеристиками, заключающиеся в использовании формоизменяющих операций объемной штамповки: утонение дна по схеме обратного выдавливания и' многооперационная вытяжка с утонением:

2. Для анализа различных схем утонения дна предложены 1; исследованы -новые разрывные поля скоростей с разной геометрией инструмента (плоскоконусным пуансоном в цилиндрической матрице, плоским пуансоном ь конической матрице, плоскоконусными пуансоном и контрпуансоном- в цилиндрической матрице) при подвижном и неподвижном контрпуансоне на стационарной и нестационарной стадиях длй процессов обратного выдавливания. При обратном выдавливании плоским пуансоном на различных 1 стадиях деформирования получены уравнения зависимостей силовых и деформационных параметров и условия перехода процесса из стационарной » конечную нестационарную стадию. .

3. Экспериментальные исследования с использованием тензометриропания, проведенных на заготовках из алюминиевого сплава АМг2 на стационарной стадии и сталь-никелевого биметалла на нестационарной стадии показали хорошее совпадение с теоретическими результатами.. Расхождение заключалось в различном представлении о коэффициенте трения на контактных границах. Совпадение . результатов . эксперимента с теоретическими значениями достигалось: при выдавливании заготовок из

АМг2 с показателем трения /«=0,2, при выдавливании биметаллических заготовок с показателем трения «5=0,8.

4. На основе теоретических исследований и экспериментальных проверок" "выявлена оптимальная геометрия инструмента при утонении дна колпака по

схеме обратного выдавливания для конкретных условий деформирования. Например, при степенях деформации Г^=0,91 и гн~0,5 угол скоса пуансона а =82° и контрпуанебна =83° при относительном диаметре плоского участка пуансонэ к его диаметру / (/ =>■ 0,5.

5. Установлено, что при достижении оптимальной геометрии инструмента, наблюдается явление "выстрел", связанное с характером течения смазки в пограничном слое. Удалось получить осциллограмма с отображением

. лои> чвленн» в виде кратковременного падения усилия деформировании па стационарной стадии. Например, для сплава АМг2 это падение составило 65 %. На нестационарной стадии при утонении дна биметаллических заготовок это проявилось в резком уменьшений толщины дна по отношению к настроечной (в 5-6 раз).- . '

. 6. На основе экспериментальных исследований и опытных проверок выявлены отражательные способности различных видов смазок, воздействующих на адгезионные свойства никелевого покрытия и.их шшянне на усилие деформирования сталь-никелевого ■ • биметалла,- что позволило разработать смазочные композиции на основе солей жирных кислот, проявившие себя положительно при проведении опытных партий. Установлено, что отражательные и антифрикционные свойства смазок ¡к взаимоевя мны между собой.

7. Выявлены оптимальные режимы отжигов, позволяющие на каждом этапе деформирования обеспечить необходимые свойства полуфабриката: 1. Низкотемпературный отжиг, ликвидирующий обрывы дна при вытяжке колпака с тонким^ дном; 2. Высокотемпературный отжиг, устраняющий осыпание никелевого покрытия на заключительных операциях вытяжки; 3. Краткосрочный отжиг, обеспечивающий достаточные пласт чческие свойства полуфабриката при раздаче н завальцовке и сохраняющий прочностные свойства готового изделия.

11а основе выполненных опытных работ и проведенного микроструктурного анализа выявлены и классифицированы виды технологического брака, связанного с неверным выбором технологических режимов. Разработаны рекомендации по их устранению.

9. Спроектированы штампован оснасгка и инструмент для ДР.'! .Приведены рекомендации по изготовлению инструмента. Разработай.;, опробованы и внедрены в производстве технологии получения корпус«.:, электроэлемептоь А2&6, АЗ 16, А332, УФЛИ700. .. ...... . ■ • - -

Результаты исследований использованы в научно- исследовательской „ работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных, проектов, а также в ряде лекционных курсов ТулГУ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Евдокимов А.К., Герасимова О.М. Построение опорных решении для процессов обратного выдавливания. //Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Орел; ОГУ, 1998. С.

2. Евдокимов А.К. Герасимова О.М. Исследование нестационарной стадии обратного выдавливания инструментом с плоскоконусными торцами. //Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного* производства. Тула: ТулГУ, 1995. С. 142-147.

3. Евдокимов А.К., Герасимова О.М., Житникова Е.В, Обратное выдавливание в конической . матрице. //Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1996. С.¡85-191. , "

4. Евдокимов А,К. ГОдахин F..В." Герасимова О.М." Технология, производства биметаллических корпусов щелочных электроэлементов на АРЛ. //Материалы конференции "Эффективные технологии и техническое перевооружение литейного и кузнечно-штамповочного производства". Суздаль: НТЦ "Информатика", 1993. С. 22-23. ' .

5. Евдокимов А.К., Камайкин Н.К., Герасимова О.М., Евдокимов В.А. Способ изготовления цилиндрических корпусов щелочных химических источников тока. Патент РФ №2064207, HOI М2/02, 1996.

6. Евдокимов А.К., Герасимова О.М. Явление "вьютрел" при обратном выдавливании плоско-конусным пуансоном. //Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулПИ, 1994. С.140-143.

7. Евдокимов А.К., Юдахин Е.В., Герасимова О.М., Савостьянов Е.Ю. Холодное выдавливание ö многоолерационных технологических процессах получения цилиндрических изделий. //Тезисы докладов НТК "Вопросы развития технологии, оборудования и автоматизации КШП", Тула: ТулГПГ, 1989, с.22. .

8. Евдокимов А.К., Герасимова О.М. Проектирование инструмента при обратном холодном выдавливании биметаллических заготовок. //Проблемы теории проектирования и • производства инструмента. Тезисы докл. Тула: ТулГУ, 1995, с. 90-91".

9. Евдокимов Л.К., Герасимова О.М. Производство металлических ------деталей никель-кадмиевого аккумулятора. Информ. листок №201-95. ТулаГ

ТЦНТИ, 1995, с. 1-2.

10. Евдокимов А.К., Герасимова О.М. Новая технология производства биметаллических корпусов щелочных электроэлементов. Кузнечно-штамповочное производство. №10,1997, с.25-26.

Подписано в печать мат бумаги 60x84 1/16. Бумага тнлоцшф^яя -V? 2

Офсетная печать. Усл. печ. л. У, . Усл. кр.-отт. ^ Од . Уч. им. л. ¿>/ . Тираж экз.Закаа 3 О Ц.

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Гедакционио- шдятсльский цситр Тульского государственного университет*. 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151