автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Оптимизация режимов изотермической штамповки деталей из малопластичных сплавов на основе разработки критерия пластичности для горячей деформации

гс ^дарственный кожгет рсфср по двлш науки и высшей школы московский автомеханический институт

фх правах рукописи

БЛСЮК Тимофей Семарович

оптимизация рзшоз изотермической штамповки деталей из малопластичньэс сплавов на 0сн0нз ра работки критерия пластичности для горк ж днфор.1ации

Специальность 05.03.05 - процессы и машин .обработки савлением

АВТОРЕФЕРАТ

.диссертации на соискшгае ученой степени .кандидата технических наук

\".осква - 1^50

Работа выполнена на кафедре "Машины и технология обработки металлов давлением" Московского автомеханического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Калцин Ю.Г. 0$ овальные оппоненты: доктор технических наук Бойдои В.В,

кандидат технических наук Петров А.Н.

Ведущее'Предприятие ; Всесоюзный институт легких

сплавов

Защита диссертации состоится ^¿"Я&уил/УдЪЪ г.

в ч. на заседании специализированного совета

5 063,49.03 при Московском автомеханическом институте в ауд. Б-301 /105023,Москва,Е-23,Большая Семеновская ул,д.38/

Ваши отзывы ?щ автореферат в двух экземплярах, заверен--рп печатью, просим направляв по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно•ознакомиться в библиотеке Московского автомеханического института.

Автореферат раз ос пан Аиа^^Г 1990г.

ГченыЯ саиротарь

спеша игазировакного сом га,

цоценг, к.т.н.

В.С,Сидоров

обвд характеристика. работы

Актуальность ооблемы. Применение изотермической штамповки позволяет выбрать оптимальные режимы деформирования. Постоянная температура заготовки обеспечивает возможность выбора сколь угодно малой скорости деформации, нижний предел которой ограничен только требованиями к производительности процесса. При этом снижается сопротивление металла деформированию. Уменьиениа усилия :зотермическо' штамповки является также следствием более равномерной деформации и увеличения эффективности технологической смазки, постоянно находящейся в условиях оптимальной вязкости и образующей тонкий разделительный слой мевду металлом и инструментом. Ватным преимуществом изотермического деформирования является повышенно пластичности обрабатываемого металла, что связано с более полным протеканием разупрочняодих процессов и залечиванием микротрещин. Поэтому изотермическую штамповку можно применять для деформирования малопластичных сплаво1. например, традиционно литых силуминов. Оценка технологического про-' цэсса с точки зрения возможности получения годных / без тещин / изделий обычно проводится с помощью так называемых критериев пластичности.

Методики прогнозирования пластичности металлов при различных условиях горячего изотермического деформирования только тогда обладают наибольшей достоверностью, когда они основаны на обособленных теоретических посылках. Чисто экспериментальный подход приводит к ограничению применяемости той или иной методики. О настоящее время наиболее обоснованной является феноменологическая теория разрушения, суть которой выраяена критери- • ем разрушения ^ ^ 1, где </ - степень использования с .паса пластичности; ... в представлении В.Л.Колмогорова

// ¿/т

} . <4.

.о

гдь др - предельная деформация при фиксированном к ; 3(х)~ коэФфи'дюнт; - скорость дзФорчации сдвига; Т - техуиее

время; £- 7) , где £ - убывавшая Функция аргумента;

- момент времени для которого вычисляется .

Для каждого отдельного процесса мо.тло погоорать такую

фушсцию ^ > которая б., дет обеспечивать в какдиЗ момент времени соогвь ..ствие между вычисленным значением ^ и реальным состоянием металла. Однако такая функция не обладает универсальностью.

Настоящее исследование направлено на разработку критерия ^ля горячей изотерической деформации, учитывающего упрочнение металла и залечивание дефектов. Работа выполнялась в рамках межвузовской плевой комплексной программы "Пластическая обработка" и в соответствии с хоздоговорным: работами ка?едры МиТСЩ

млми.

Цель работы и задачи исследования. Анализ литературных данных показывает, что оптимальный технологический процесс горячей изотермической штамповки должен включать в себя оптимальное. сочетание термомеханических режимов формоизменения, что . обеспечивает не только наименьшую трудоемкость и максимальную производительность, но и обеспечивать в конце технологического маршрута минимальную повреждаемость, что гарантирует высокое качество изделий. Вместе с тем существувдие модели определения сопротивления деформированию и существующие теории накопления поврежденности и разрушения металлов частично или совсем не учитывают реально протекающих в металле процессов - упрочнения и залечивания дефектов. Повышенные требования к качеству деталей, к минимальной металлоемкости, к максимальной производительности требуют разработки более точного и универсального критерия разрушен я металлов при горячем изотермическом деформировании, а также модели определения напряжения течения.

В связи с этим можно сформулировать цель настоящей работы в следующем виде : оптимизация режимов изотермического горячего деформирования на основе разработки универсального критерия разрушения.

• Дпя достижения этой цели необходимо решить следующие задачи :

1. Разработка ново« модели определения напряжения течения цри горячей реформации.

2. Разработка новой Феноменологической теории разрушения.

3. Разработка методики экспериментального исследования ышчния отжига на восстановление пластичности.

4. Разработш методики экспериментального исследования ПЛР.СТИПНОСТИ.

5. Зкспэряментаяъная." товарка новой теории.

6. Изучение напряженно-деЯюрмированного состояния деталей при- горячей изотермической ита'ятопкз V. расчета их повреждаемости.

7. Разработка рекомендаций по оптимизации технологических процессов изотермической штамповки и внедрение новых процессов в производство.

Научная новизна.

1. Модель определения напряжения течения металла при горячей изотермич -¡кой деформмип, учитывающая процессы упрочнения металла, а такке возврата к рэкристал. лзации.

2. Феноменологическая теория разрушения .для горячей изотермической деформации, учитывя-ощая процессы упрочнения металла и залечивание дефектов.

3. Методика учета жесткости пластометра при экспериментальном определении напряжения течения.

4. Методика определения пара ■ зтров технологического процесса горячей изотермической штамповки на основе нового т~>итерия разрушения.

■ Практическая ценность к реализация результатов.

Разработанная теория позволяет устанавливать оптимальные с точки зрения трудоемкости и качества металла параметры технологического процесса горячей изотер"ической штампсвки. Предложен процесс горячей изотершческой штамповки поковок порцией двигателей внутреннего сгорания, обеспочивающий получение деталей высокого качества, без трещин, пор, задиров и улучшающий эксплуатационные характеристики поршней. Экономический эффект • при внедрении разработанного технологического процесса составляет 60,0 тысяч рублей.

Апробация работы.

Результаты исследования доложены на Республиканской научно-технической конференции "Повыдение качества деталей маапш пластическим деформированием" Фрунзе 1988 г., на научпо-тахни-ческой конференции "Пути повышения эффективности использования производственного и научного потенциала на автомобильных и ма- • ни ;остроительных предприятиях" Винница 1983 г., а тач же ка заседаниях каФедры \'иТ0ЗД МАШ и представлены на Московской го-' ■ родской выставке научно-технического творчества молодеет "Н7Ы - 88".

Публикации. Основное содержание работы од. 'ликовало в Л печатных работах.

Структура и объем работы.' Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и приложений. Работа выполнена на 121 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 55 наименований и приложения..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВО ВВЕДЕНИИ, обоснована к туальность темы исследования, сформулирована цель, основные научные положения и результаты, практическая ценность работы и сведения о реализации результатов в народном хозяйстве.

В ПЕРВОЙ ГЛАЗЕ дана общая характеристика процессов горячей изотермической штампов;®, отмечены их достоинства и недостатки. Горячая изотермическая штамповка позволяет путем разработки методик определения оптимальных режимов деформирования создавать высокопроизводительные и экономичные технологические процессы штамповки деталей высокого класса из малопластичных, до-• рогостоящих, труднодеформируемых и дефицитных сплавов.

Исследованию определения напряжения течения и разработке критериев разрушения при горячей изотермической обработке посвящены работы В.Л.Колмогорова, Г.Д.Деля, В.А.Огородникова, A.A. Богатова, М.А.Болыпаникой, В.А.Персиянцева, А.И.Целикова, В.Н. Ефимова, Л.Н.Соколова, В.А.Скуднова, Л.Д.Соколова, А.А.ПоЗдеева, Л.Е.Басовского, В.Н.Перетятько, К.И.Романова и'др.

Точное описание физического состояния тела в отношении его деформационной способности'при горячей изотермической деформации должны давать две характеристики - коэффициент снижения ' пластичности и напряжение течения.

К.А.Большашшой предложена формула .для определения напряжения течения металла при деформации, учитывающая одновременно ' протекающие процессы в f. талле при горячей деформации - это'упрочение и отдых. Изменение напряжения в процессе пластической деформг тш ff^o складывается из повышения напряжения вследствие угтрочнения, закон упрочпення - экспоненциальный с возрастающей интенсивностью, ifBt и понижения напряжения вследствие отдыха :

ab = ^ ^ , / 1 /

/ 1 iV '

б" - I Г./ . /2/

гдо * - коэффицг нт, зависящий'от вещества; Л - коэФфацк- • ент, зависящий от температуры и вещества; V - скорость деформации.

А.И.Целиковнм и В.А.Пероиянцевнл предложена модель определения напряжения течения металла, с учетом влияния наклепа в зарекристаллизгцконных процессах, т.е. быстро протекающих процессах пластической деформ^дии при высоких температурах в которых, как и в холодных, деформируемый : талл в момент его выхода из очага деформации оказывается в какой-то степени упрочненный по сравнению с его состоянием в момент входа в очаг деформации, принят линейный закон упрочнения, уравнение напряжения течения для постоянной скорости деформации ;

где & и - искомое напряжение течения; 6" о - предел текучести," полученный из статических испытаний на растяжение; - модуль упрочнения; V - средняя и постоянная скорость деформации;

Л - коэффициент пропорциональности, представляющий собой скорость релаксации.

. В.Н.'Зфимов 'представляет напряжение течения в виде функционала, зависящего от законов изменения во времени степени, скорости, температуры деформации и времени ?

. При построении одномерного варианта математической модели используются как кривые результирующего упрочнения, так п криЕые разупрочнения. Приращение истинного напряжения за время 4? представляется в виде алгебраическ.3 суммы приращений напряг -ний от мгновенных пластических деформаций .и напряжений, связанных с разупрочнением :

гдр У к) - Функция мгновенных пластических деформаций -

функция разупрочнения; - убывающая Функция, зависящая от скорости логагий/ичеекой деФотмацик £ " ;' - предел'текучести, определенный из кривых упрочнения; - Еремя в момент прекращения движения деформирующего инструмента • 6 - -текущее значение наклепа; » - скорость разупротнэняя

с ¿т

I 4 /

в момент С ~ .На этапе деформирования описывается кривая упрочнения, в паузе продолжает изменяться время и описывается кривая разупрочнения.

А.Л.Богатов, С.В.Смирнов, О.И.Чижирицкий учитывая, что повышение температуры инициирует залечивание яефектов, предлагают общие закономерности залечивания микродефектов при.тепловом воздействии, предварительно подвергнутого холодной деформации металла с различной степенью, отражать зависимостью :

</- - К ехр{-/т)% /5/

где У^ - степень использования запаса пластичности при = 0; £ - коэффициент, зависящий от </■, и температуры & ;

Т - время.

•■ 3.А.Огородниковым, Г.Д.Делем разработан критерий разрушения дри холодном сложном монотонном деформировании, который учитывает показатель напряженного состояния, уровень достигнутых деформаций и истории деформирования е/' V/! /О

/ е /

где - скорость изменения показателя напряженного сос-

тояния-с увеличением степени деформации; - степень деформации к рассматриваемому моменту; ^({(¿^ - предельная деформации а - константа. Для определения запаса пластичности, восстанаатаваемого в процессе отжига после холодной деформации, используется диаграмма пластичности отожхеного металла ,

построенная с учетом использования ресурса пластичности до отжига.

Ю.Г.Калпин исходя из того, что при горячей деформации дол- . жны учитываться как процессы накопления микроповревдений в металле, так и процессы "залечивания", протекающие в результате разупрочнения / возврат^ и рекристаллизацси/, принимает, что в каждый момент времеш! дифференциал степени использования запаса пласт:, .ности имоет вид * . У, где ¿/Ц-^ - диф-. цог,ент.1ал степени ис2'ользовакия запаса пластичности без. учета разупрочнения; - то г.е за счет разупрочнения. Критерий

записывается в вице :

Л/,

где /¡и - продельная деформация при деформировании со скоростью, при которой восстановление запаса пластичности пренебрижи-мо мало; - ско; эсть деформации; - коэффициент, учиты- • ваотшй скорость восстановления запаса пластичности при горячей ■ деформации; V-* - макыглальнос значение степени использования запаса пластичности з процессе деформации; при монотонном изменении степени использования запаса пластичности <4* " ^ .

В.Н.Ефимовым, Я.О.Зельцером, И.С.Алиевым предложена математическая мог-ль разрудт^л зробно-дефопэтрозанного в горячем состоянии металла. 3 основу модели пол^-кепо, что упрочненный в ходе горячего деформирования металл в паузах между этапами деформирования разупрочняется. Ст°чень использования запаса пластичности выражена в виде Функционала </■ ¿(¿1, Т/г/, :

¡7#;а>!/у*? з

где 77^/-степень, скорость и температура де эрмация;

Ъ - время; - убывающая Функция, зависящая от скорости деформации; </-,- максимальная степень использования запаса пластичности за счет разупрочнения в момент времени 7' ; -время в момент прекращения движения деформирующего инструмента.

Однако существу:яше модели определения напряжения течения частично или совсем не учитывают реально протекающих в металлах процессов - упрочнения и отдыха, или принятый закон упрочнения мало -соответствует реальному поведению металла - упрочнение с .убывав-лей интенсивностью, а существующие критерии, -основанные на коэффициенте снижения пластичности, не учитывают упрочнение металла и залечивание дефектов в процессе горячей изотермической деформации или рассматривали и., как. неодновременно проте' тю-щие.

В главе проанализированы экспериментальные и эксперимен-тально-аналитичеекке Методы исследования напряяенно-дефюрмиро-ванного состояния. Сформированы цель и задачи работы.

30 ЗТ0Р0!! ГЛАВЕ изложен феноменологический подход к разра-бо.' :е модели определения напряжения течения при горячей изотер-■ мпческой деформации.

3 реальных технологических процессах скорость деформации в каждой материальной точке, как правило, существенно переменна. Учет влияния переменной скорости дефорг/ацеи .а напряжение

течения возможен на осноье представления о напряжении течения как функционале пути деформирования - и /■^ - текущее время /. Это означает, что одним и тем же значениям переменных Л* , Л , / , 7 могут соответствовать различные значения (?/ , если реализуются различные пути деформирования.

Модель напряжения течения металла можно построить, используя чисто с^номенологический подход, следующим образом. Представим дифференциал напряжения течен.-л в момент времени / в виде суммы :

- * ,

где 4- изменение напряжения течения в результате упрочне ния металла; - изменение напряжения течения, учитывающее •разупрочнение из-за возврата и динамической рекристаллизации, протекающих при температуре горячей деформации.

■Подобный подход к определению напряжения течения при горячей деформации был впервые использован М.А.Большаниной, а также А.И.Целиковым и В.А.Персиянцевым. Работоспособность модели зависит от того, насколько функции, описывающие составляющие

и /(¡¡х, отвечают реальному поведению металла. Отметим, что модель будет удовлетворять требованию универсальности, т.е. работать при любых путях деформирования, если величины Уб/, и У 6/, записать в виде функций напряжения течения, скорости де-Формрчии и приращения времени. Другими словами, приращение напряжения течения в данный, момент времени может зависеть только от состояния металла и от воздействия на него в этот момент времени.

. Модели М.А.Большаниной и А.И.Целижова - В.А.Персиянцева отвечают этим требованиям. Однако принятый ими закон упрочнения, экспоненциальный с возрастающей интенсивностью по Ч.А.Больша-. ниной и линейный по А.'И.Целикову и В.А.Персиянцеву, мало соответствуют реальному поь„дешш металлов : упрочнению с убывающей интенсивностью.

I , сть деформация осуществляется с большой скоростью, так . что разупрочнение практически не успевает произойти. Тогда :

М-* /9/

ИЛИ

/ 9а/

где выражения / 9 / и / 9а / описывает два варианта закона упрочнения : степенной и экспоненциальный с убывающей интенсивностью; - текущая степень п©?юрмации; /! , /7 , С -коэффициенты, являющиеся для данного металла Функциями температуры.

Дифференцируем выражения / 9 / и,/ 9а / :

* У ft, = Jrtf, ""Sf< / io /

или ^¿r.

у 67 * = - £ fe"

/ 10a /

Выразим величину из / 9 / или / 9a / и подставим ее в формулу / 10 / или / 10а /:

11 /

или

✓ fc, - - /11а/.

Значение примем в виде :

что соответствует экспоненциальному закону релаксации надргта-' ний, достаточно-хорЬшо соответствуем экспериментальным данным. Выражение для нахождения напряжения течения в любой момент времени _ запишем в виде :

2/13/

или

У fc - ■ • i fa /13а/

Для интегрирования дифференциальных уравнений / 13 / и / 13а / необходимо знать путь деформирования , диф-

ференту jBaHHe последнего выражения по времени дает значения /г /V/ , и начальное услов!. . Gi " .

Коэффициенты /9 , /1 , £«, С , ^ для данного ме-

талла являются функциями температуры и определяются экспериментально. Удобно пользоваться результатами измерений при сравнительно простых щ;тях деформирования : .

1. Постоянная скорость деформации A »¿»V . ■

2. При релаксации напряжений /V = 0.

■ 3. Плоская осадка узкими бойками 0/

4. Осадка с постоянной скоростью деформирования.

6. Выдержка при осадке под постоянным усилием.

Для определения параметров, характеризующих сопротивление металлов реформированию, проводятся эксперименты по построению кривых упрочнения некоторых сталей и сплавов, изотермическая итампоЕка которых находит применение в производстве. Согласно гипотезе "единой кривой" /условию пластичности/ упрочнение металлов является функцией интенсивности деформаций скоростей деформаций и но зависит от вида напряженно-деформированного состояния при деформировании. Для построения кривых упрочнения пользугзтся,как правило, результатами экспериментов при растяжении, сжатии или кручении. Наиболее точным является использован-г най метод осадки образцов на шероховатых бойках, на поверхностях которых скольжение металла полностью отсутствует.

В главе приведена методика учета жесткости испытательных машик на определение напряжения течения металла.

. Разработанная модель определения напряжения течения была проверена по экспериментальным данным В.В.Бойцова, Я.М.Охримен-ко, А.В.Бахарева. Ео всех случаях наблюдается хорошее совпадение теоретических к.опытных результатов.

3 ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложен варпапт феноменологической теории разрушения, учитывающей упрочнение металла и залечивание-дефектов ьри горячем изотермическом деформировании.

Предполагается, так же как и в теории В.Л.Колмогорова, что между физическим состоянием металла и степенью использования запаса пластичности существует однозначная связь. Примем, что ь * каждый момент времени дифферепциал степени использования запаса пластичности :

V*- /J4 /

гд^ дифференциал степени использования запаса пластчнос-

ти npi* дафор.итозакш без учета разупрочнения; - то же за счот разупрочнения.

3 соответствии с критерием Ю.Р.Кащпша, Л.К.Филиппова, H.H. Безэубова для уппочняицего металла величину*^ жгло записать в виде :

где - определяется из испытаний на пластичность при елож- . ных программах нагружения; //> - предельнее значение степени деформации; // - текучее значение скорости деформации.

Величина зависит, очевидно, от <£ , а также от структурных изменений, протекают.« в металле при горячей деформации. При установлении вида Функции в дальнейшем будем рассматривать только случаи деформирования, когда структура металла в процессе штамповки существенно не изменяется. Большинство процессов изотермической штамповки при использовании в качестве исходной заготовки прессованного или катанного полуфабриката прс.'екаэт в подобных условиях. Ограничимся также случаями монотонного и "квазимонотонного" /по определению А.А.Богатова/ нагружения, когда напрявления главных осей тензора скоростей деформации нэ изменяется или меняэтея небольшое число раз. Для определения вида У^ необходимо провести эксперимент по вос-.становлению запаса пластичности холоднодефотмированного металла в результате отжига.

Из материалов АЛ 25 и ста/- 45 изготовлено по 78 образцов на растяжение, кручение и сжатие соответственно. Образцы для испытания на ~астяжение и кручение имели размеры рабочей части & 8 х 40, на сжатие ^ 16 х 24 мм. Боковую поверхность всех образцов полировали, чтобы избежать влияния на результат концентраторов напряжений в виде следов обработки резанием. Зс1 стан-■ дартные цилиндрические образцы подвергали предварительной термообработке, температура предварительного отжига равна температуре последующего водстаноьительного отжига. Образцы из сплава АЛ 25 т эрмооб раб атываются при температуре. 7* = 480°С, что соответствует температуре горячего деформирования данного сплава, а образцы из стали 45 т'ермообрабатываются при температуре' Т -= 600°С,что соответствует температуре полугорячего деформирования.

Предварительно термообработанные образцы подвергали- деформации с различиЛ степенью использовртия запаса пластичности, равной 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 0,7 ; 0,8 , определяемой по фор»*уло :

V*. - .

где £п - предварительная деформация; - пре ,ельнач д&Фэрма-ция.

0'1'жиг образцов проводили в соляных ваннах, помеченных в электропечи, с последующим охлаждением в йоде.

Образцы из сплава /Л 25 термообрабатывали в расплаве . образцы из стали 45 в расплаве /Й/ . Объем соляных ванн расчитан таким образом, что стечение температуры расплава при помеще ии в него 3-х образцов не превышает 3-х

0"шзцы, прошедое восстановительный отжиг, доводили деформированием до разрушения. Восстаноаденке запаса пластичности при отжиге отражает величина :

</■<,7* - Я-» + </■*«>* "

где ' '¿м - значение предварительного исчерпания пластичности; </чгн - восстановлекио запаса пластичности в результате отжига. Текуче значение степ ..ни использования запаса пластичности

* - Ъ - $ а - +

Величину восстановления запаса пластичности в результате ¡восстановительного отжига будем искать в виде :

/ Лг! -в-ё

*» / /п} .

/ 16 /

А<-е //16а/ .

где 3 - коэффициент, характеризующий температурные условия деформирования; М - коэффициент, характеризующий накопление поврежденности, не восстанавливаемой отжигом.

' Е результате исследований получены значения изменения . от .V для различных значений времени отжига соответственно для сплава АЛ 25 с температурой .отстга 480°С и ста® 45 с температурой отжига 6С0°С, .результаты исследований были 'аппроксимированы по формулам / 16 / и / 16а / и определены значения коэффициенте & и / . Более точная аппроксимация получена по < .рмуле / 16а /, но она применительна только .для случаев опре-. • деления восстановления запаса пластичности в результате восстановительного отжига, т.к. невозмогло привести ее к виду Для определения восстановления степени использования запаса пластичности, в ходе непрерывного горячего деформирования будем использовать выражение /!&/. '■

Текущее значение стеиени использования запаса пластичности выряженное из / 16 / :

'/V* - ъГ;е

т I

Продифференцируем выражение / 17 / по времени :

от • -а/'А - РьУ е / 18 /

Совместно решая / 17 / и / 18 /, получаем :

-А />- , / 19 /

где - текущее значение степени использования запаса пластичности; - максимальное значение степени использования запаса пластичности в процессе деформации, т.е. при монотонном изменении степени использования запаса пластичности равно теку нему значе^м, а при прерывистом дефор:лфовании ^ равно максимальному значении степени использования пластичности на предыдущих этапах.

Зеличина равна величине из Формулы / 19 / и есть У^» дифференциал степени использов.лия запаса пластичности за счет залечивания поврежденности металла.

В окончательном виде получаем критерий пластичности при горячем и полугорячем деформировании :

** (?тк ^е / 20 /

Выражение / 2.0 / неос одимо решать совместно с I .ражением /13а/.

Для проверки полученного критерия проведены эксперименты по следующей методике.-Пластичность при изотермическом горячем деформировании исследуют методами растяжения, сжатия и кручения. Испытания на растяжение и сжатие проведены на универсальной испытательной машине Р-20, имеющей регулируемую скорость перемещения подвижной траверсы в пределах от О.до 2 га/сек и оснащенной силоизмерителем, а также па эксцентриковом прессе К117Д с числом ходов 80 в мин.. Для обеспечения растяжения образцов при работе на прессе использован специальный реверсор. Нагрев образцов вместе с бойками и реверсором осуществляли непосредственно на испытательной машине или прессе в массивном контейнере, обогреваемом индуктором. Температуру нагрева контролировали термопарой класса УА с точностью - 5°С.

Для исследования пластичности металлов при кручении ис-' пользована установка, состоящая из ручного гидравлического пресса, насосной станции, нагревательного бло^а, трансмиссии для переда л вращательного движения от электродвигателя, системы п тания и терморегулирования.

Система питания и терморогулирования имеет покижалций трансформатор 0СУ-2С, обеспечивающий напряжение на вторичной обмотйе 6 В. контактор для включения трансформатора, термопару, вставляемую в контейнер, потенциометр с самописцем. Система потребляет ток 40 А при напряжении сети 220 В и обеспечивает нагрев "онгейнера диаметром 170 мм до температуры 5С0°С в течение 0,0-1 ч.

Результаты испытаний в виде зависимости предельной деформации от скорости деформации позволяют определить величину , входящую в вк^ажение / 20 /.

Исследована пластичность жаропрочных легированных силуминов АЛ '25 / АК12!Г'«гН, ГОСТ 2665-75 / Е КС 740 ДУ 48-2S-35-—75/, применяемых для поршней двигателей внутреннего сгорания, температура испытаний на пластичность 420°С И 480°С.

. Расчет степени использования запаса пластичности проводился по формулам / 20 / и / 13а /, для чего была использована программа решения '•четемы дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта.

По результатам расчетов цля .165 образцов по формулам / 20 / и / 7 / были вычислены дисперсия и среднеквадратичное отклонение _ ii .

.^.iiizd. ■ е./г

а i.r »

где = 1 - усредненное значение степей! использования запаса пластичности. Сравнительные результаты приведены в табл.1.

Таблица 1.

Расчет по Расчет по

формуле / 20 / формуле / 7 /

Дисперсия •. 0,033458 0.0703

Среднеквадратичное п -i яро 17 л

отклонение .

Критерий / 20 / дает близкие к расчетному значению результаты.

3 ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ щ, :в0ден пример применен:: т нового критерия в сочетании с. новой моделью определения напряжения течения для определения режимов горячей изотермической штамповки. Разработан технологический процесс горячей изотермической штамповки поковки прошня двигателя внутреннего сгорания.

Материал заготовки под поршень АЛ 25, химический состав которого приведен в табл.2.

Таблица 2.

Сплав »/<' ^ л т.-

АЛ 25 11-13 0,8-1,3 0,3-0,6 1,5-3,0 0,05-0,2 0,8-1,3

Разработка технологического процесса для мелкосерийного производства примени: зльно к условиям ВЕЖЛОТОПРСШ.

Технологический процесс предусматривает штамповку поковок поршней из прессованного прутка и включает следующие операции:

1. Резка прутка на мерные заготовки из исходного прессованного прутка.

2. Нагрев заготовок в электропечи до температуры 450 -

- 480°С. ЗреглЛ нагрева не менее 40 мин после выхода печи на заданную температуру.

3. Штамповка поковок поршней происходит в один переход в установке изотермического деформирования, установленной на гидравлическом прессе усилием 1000 кН. Температура нагрева инструмента 450 - 480°С. П.ред-штамповкой заготовки и лнстру-мёнт смазывают смазкой, состоящей из смеси цилиндрового масла № 52 с коллоидным 'графитом.

4. Термообработка-поковок поршней осуществляется по режиму Т6 : закалка при температуре 500°С, выдержка при этой температуре в течение 6 часов, охлаждение в воде с температурой

70 - 80°0, старение при температуре 200°С в течение 3 часов с последующим охлаждением на-воздухе.

5. Контроль твердости и размеров.

Штата для изотермической штамповки поковок поршней состоит из матрицы, нагреваемой инпуктором промышленной частоты, пуансона и съемника," Съемник предназначен как "ля целтрирова-}шя пуансона по матрице, так и для съема поковки с пуансона в его нижнем положении. Пуасон и матрица изготовлены штампо-вой стали 5ХНМ и имеют твердость ЫКС 48..,52. Рабочая поверх-

носл инструмента отполирована. Штамп для изотермической штамповки поковок поршней открытого типа, что позволяет разместить избыток металла в полости под заусенец л снизить потребное усилие "'тамповки по сравнению с закрытым штампом.

Разработанный технологический процесс горячей изотермической штамповки поковок поршней двигателей внутреннего сгорания внедрен во ВНЖ'/ЮТОПРОМе г.Серпухов. Годовой экономический эффект-составляет 60,0 тысяч рублей.

В главе проведено исследование напряженно-деформированного состояния поковки поршня методом координатных сеток.

В меридиональных сечениях разрезанных заготовок наносили координату ^ квадратную се'х .у с шагом 4 мм.

Дальнейшую обработку проводили по методике И.П.Ренне.

ВЫВОДЫ

1. Анализ литер-гурных данных и производственного опыта, в частности работа Н.Н.Ееззубова, показывает, что для точного описания физического состояния тела в отношении его деформационной способности должны давать две характеристики : степень использования запаса пластичности и напряжение течения. Однако, существуют методики определения напряжения течения при горячей деформации и существующие критерии разрушения для горячего деформирования-носят частный характер и не учитывают как процессов упрочнения металла, так и процессов залечивания дефектов во время горячего'деформирования. В то же вре"ч •пост оеше оптимальных технологических процессов горячей изотермической штамповки возможно только на основании универсального критерия в совокупности с моделью определения напряжения течения.

2. Р результ.- '•е проведенного исследования решена актуарная научно-техническая задача : оптимизация технологических. . процессов горячей изотермической штамповки на основе продолжения развития Феноменологической теории разрушения металлов, учитывающей их фактическое упрочнение и залечивание дефектов.

3. Экспериментальные исслецовшшя пластичности металлов выявили новые закономерности исчерпания ресурса пластичности, как функционале'деформации, скорости деформации, температурь* и зремени, зависимости от упрочнения металла и залечи-

вакия дефектов. Результаты расчетов по новому критерию разрушения в совокупности. с моделью определения напряжения течения хорошо совпадает с экспериментальными данными.

4. Методика учета влияния жесткости испытательных машин позволяет получать более объективные данные при испытаниях на пластичность.

5. Определение параметров ноеого критерия разрушения и модели с рзделения напряжения течения возможно го известной кривой упрочнения и результатам исследования влишгая скоростей деформировавши при заданной температуре на прецельную де-Фор" ацию и напряжение течения.

6. Из учете литературных дангах показало, что для исследования напряженно-деформированного состояния в процессах горячего деформирования наиболее эффективным являзтея экспери-ментально-аналцтическ...1 метод координатных сеток с последующей обработкой получе;:ных данных по методике К.П.Ренке, который

и применен в настоящей работе.

7. Критерий разрупения, предложенный в настоящей работе использован для определения возможности горячей изотермической штамповки покевхи поршня из вксококремнистогс силумина.

8. На основании полученных научнис результатов разработан технологический процесс горячей изотерической штамповки поковки поршня двигателя внутреннего сгорания на гидравличес-,ком прессе усилием 1000 хН. Технология обеспечивает получение деталей высокого качества, без трещин, пор и 'задиров, улучшает эксплуатационные характеристики деталей. Технологический процесс внедрен во БНЮГ/.ОТОПРОМе. Экономический эффект составляет 60,0 тысяч рублей.

9. На основании полученных научных результатов разработаны опытные технологический процессы полугорячей изотермической штамповки стальных деталей : типа палец реактивной штанги задней подвески автомобиля ЗиЛ из стали 40Х и типа втулки из стали 45. Техно- эгия обеспечивает получение деталей высокого качества, без образования окалины, с увеличением коэффициента использования металла при допустимых нагрузках на инструмент.

Основные результаты исследований отражены в следующих работах :'

1. Кашпш Ю.Г., Еасюк Т.О. Напряжение течения при горячем ■ изотермическом деФормироваши//Кузнечно-штамповочное производст-

во. 1990г., й 3, с. 7-9.

2. 7,аслов D.B., Баспк Т.С. Технологически процессы штамповки поршней для двигателей внутреннего сгорания//Т1овышение качества деталей машин пластическим деформированием. Тезисы доклад.. Республиканской научно-технической конференции.-Фрун-эе, 1988, с.37-39.

3. Филиппов ¡O.K., Беззубов H.H., Ьасюк Т.О. Влияние упрочнения на пл этичность металла при обработке ППД/Дезисн научно-технической конференции. Интенсификация производства и повышение качества изделий ПЦД.-Тольятти, 1989, с.19.

4. Б;юк Т.О. Исследование сопротивления деформированию и разрушения деталей автомобиля при изготовлении их методом горячего деформирования//Пути повышения эффективности использования производственного и научного потенциала на автомобильных и малиног -роительных предприятиях. Тезисы доклада научно-технической конференции,-Винница, 1988,-с.52.