автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка эффективных технологий изготовления высокопрочного крепежа холодной объемной штамповкой

На правах рукописи

<\<

Закиров Дильфат Минияхметович

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО КРЕПЕЖА ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техни ческих наук

Белебей -1997

Работа выполнена в АО "Авто: .ормаль" (г. Белебей).

доктор физико-математических наук, профессор Громов В.Е.; кандидат технических наук, доцент А.А. Кузьминых

доктор технических наук, профессор В.Г. Паршин; кандидат технических наук, В.В. Кривощапов

Магнитогорский метизно -металлургический завод

Защита состоится "24" апреля 1997 г. в 1500 часов на заседании диссер-' тационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорской государственной горнометаллургической академии им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМА.

Автореферат разослан "17" марта 1997 г.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь Совета

В.Н. Селиванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В основе экономического развит» гссу дарства лежит разработка и широкое внедрение принципиально новых технологий, обеспечивающих многократное повышение производитель ности труда. Повышение эффективности производства в машиностроении является одной из основных задач народного хозяйства.

Применение высокопроизводительной технологии холодной объемной штамповки (ХОШ) для изготовления крепежа обеспечивает наиболее эффективное использование металла при одновременном повышении надежности изделий. Однако особенности формоизменения при ХОШ предъявляют высокие требования к структуре и свойствам используемой проволоки.

Дальнейшее расширение производстеа крепежных изделий методами ХОШ требует рационального подхода к технологии подготовки по верхности металла и изготовления деталей, оптимизации технологических переходов и конструкции холодновысадочного инструмента.

Решение проблемы управления пластичностью и прочностью твердых тел и разработка на этой основе новых технологических процессов ХОШ в значительной степени связаны с пониманием природы деформирования. Анализ процесса формоизменения должен включать в себя сопоставление макрохарактеристик реального технологического процесса с эволюцией структуры и оценкой напряженно-деформированного состояния в зонах силового воздействия.

Цель работы. Целью работы является разработка эффективных технологий изготовления высокопрочных крепежных изделий холодной объемной штамповкой.

При реализации этой цели были решены следующие задачи:

1. Обоснование выбора боросодержащих марок сталей вместо сложнолегированных.

2. Разработка рациональных технологий подготовки металла для

ХОШ.

3. Разработка и внедрение оптимальных схем деформирования при изготовлении ирепежных деталей особо сложных конструкций.

4. Разработка и внедрение прогрессивных конструкций инструмеи та, обеспечивающих высокую эффективность процессов ХОШ.

Научная новизна. В работе получены следующие новые науч ные результаты:

1. Разработаны физико-химические основы дробеструйной очистки проволоки от окалины и подготовки поверхности металла под волочение с использованием смазочно-охпаждающих жидкостей.

2. В результате теоретического анализа получена динамика распределения водорода на технологических переходах изготовления проволоки и згчотовок из нее, согласующаяся с данными оптической и элек-гронно-отической микроскопии (на примере стали 20Г2Р).

3. Решена задача по определению налряженно-дефор-мированного состояния в головке болта в процессе ее формирования. Получены выражения для закона течения материала, а также полей конечных деформаций и напряжений. Определены усилия на пуансонах в зависимости от времени.

4. Методами оптической и электронной микроскопии получены количественные характеристики структурной-текстуры на всех этапах формирования крепежных изделий, что позволило определить места концентрации деформаций и возможные очаги разрушения.

5. Получены согласующиеся результаты экспериментальных и теоретических оценок изменения температуры на границе контакта инструмента с заготовкой в процессе ХОШ.

6. Спроектированы оптимальные конструкции многослойных матриц и других элементов инструментальной оснастки для высокоэффективных процессов ХОШ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны и внедрены эффективные технологии изготовления высокопрочного крепежа методами ХОШ. При этом были выполнены следующие работы:

1 Разработана и внедрена технология дробеструйного удаления окалины и применения смазочно-охлаждающих жидкостей при волочении.

2. Разработаны и внедрены оптимальные схемы деформации и прогрессивные конструкции крепежа сложной формы.

3. Выполнено методическое и экспериментальное обеспечение определения температурных полей в многослойных составных холодновы-садочных матрицах.

4. Разработаны и внедрены конструкции инструмента для высокоэффективных процессов ХОШ.

Суммарный.экономический эффект от внедрения результатов работы составил свыше 2 млрд. руб. в ценах 1996 г.

Основные положения, выносимые.на защиту:

1.Результаты теоретического и экспериментального анализа различных способов подготовки поверхности заготовок под калибровку с обоснованием выбора дробеструйного метода удаления окалины.

2 Данные исследования напряженно-деформированного состояния при (формировании головки осесимметричного крепежного изделия, под-

твержденные результатам» анализа эволюции микроструктуры методами оптической и электронной микроскопии.

3.Разработанные конструкции составных высадочных матриц и совокупность результатов исследований температурных полей при их эксплуатации.

4.Разработка и внедрение новых технологий изготовления крепежных изделий холодной объемной штамповкой

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на научно-технических советах Минавтопрома и АО "Аотонормаль" (1985 - 1996 гг.) и следующих конференциях: VI Международном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов", 1996 г., Екатеринбург; 4-ой Международной конференции "Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий", 1995, Томск; Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении", 1995 г, Украина, Одесса; Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21-го века", 1996 г., Магнитогорск; Международной конференции "Математические модели и численные методы механики сплошной среды", 1996 г., Новосибирск; 2-ом Сибирском конгрессе прикладной и индустриальной математики (Инпром - 96), 1996 г., Новосибирск; Международной конференции "Микромеханизмы пластичности разрушения и сопутствующих явлений", 1996 г., Тамбов; IV Международной конференции "Влияние электромагнитных полей на прочность и пластичность материалов", 1996 г., Воронеж; Ш Международной школе - семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", 1996 г., Барнаул; научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации -96", 1996 г., Москва; Международной научно-технической конференции "Структурная перестройка в металлургии: экономика, экология, управление, технология", 1996 г., Новокузнецк; VI Международной конференции "Актуальные проблемы материаловедения в металлургии", 1997 г., Новокузнецк.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в двух монографиях и 29 других публикациях, в том числе 11 статьях в журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 231 страниц, содержит 58 рисунков, 13 таблиц. Список использованной литературы состоит из 113 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведено обоснование актуальности разработки эффективных технологий изготовления высокопрочного крепежа холодной объемной штамповкой.

В первой главе, являющейся литературным обзором, проведен анализ существующих технологий изготовления высокопрочных крепежных деталей, включая и подготовительные операции.

На основании анализа состояния вопроса темы диссертации сделан вывод о необходимости проведения комплексной работы, начиная с подготовительных операций и заканчивая разработкой более совершенного инструмента.

В заключении главы определен круг вопросов, обусловивших актуальность и цели настоящего исследования, сформулированы конкретные задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты исследования влияния операций подготовки поверхности заготовок на усилия и технологическую пластичность при волочении и холодной объемной штамповке.

Подготовка металла для осесимметричной объемной штамповки включает операции отжига, травления, фосфатирования с омыливанием, волочения. Технология подготовки поверхности заготовок состоит из этапов:

- удаления дефектов и очистки поверхности от окалины, жировых и других загрязнений;

- создания слоя носителя смазочного материала;

- нанесения на поверхность технологического смазочного слоя.

На первом этапе с поверхности металла удаляют окалину способа-; ми кислотного травления, дробеструйной, лезвийной, щеточной или гидроабразивной обработки.

Наиболее распространенный способ создания подсмазочного слоя -фосфатирование и омыливание. Уже после первого этапа можно производить сухое волочение.

На третьем этапе поверхность покрывается смазочно-охлаждающим технологическим средством того или иного состава.

Каждый из этапов был исследован в условиях АО "Автонормаль". По параметрам снижения усилия волочения и повышения технологической пластичности заготовок наиболее эффективным оказалось дробеструйное удаление окалины. Несмотря на эффективность, нанесение фосфатного покрытия довольно трудоемкий и экологически грязный промесс На АО "Автонормаль" проведены работы по исключению фосфатирования за счет непосредственного перехода первого этапа в третий.

В этом плане оказалось оптимальным сочетание, дробеструйной

обработки поверхности и нанесения специально разработанной модификации смазочного средства Росойл. Такое сочетание, кроме улучшения указанных выше параметров, снижает температуру а зоне деформации и исключает задиры.

Так как травление подката или проволоки в растворе кислоты псспе отжига широко распространено, были предприняты специальные исследования этого процесса

В ходе травления внутрь проволоки диффундирует атомарный водород. После удаления проволоки из ванны начинается процесс обратной дифсрузии ¡з воздух. При определенном распределении водорода вдоль радиуса проволоки диффузия прекращается, так как водород попадает в микроструггурные "лопушки". В результате насыщенный водородом металл охрупчивается.

Если после удаления окалины проволока подвергается калибровое, в ней возникают остаточные напряжения. Градиент остаточных напряжений является движущей силой диффузии, которая перераспределяет остаточный водород в материале проволоки.

В ходе исследований было определено поле остаточных напряжений после калибровки. Для этого на попе нагрузочных напряжений было наложено попе чисто упругой разгрузки по осевым и радиальным напряжениям. В результате получены выражения для остаточных осееюго сть, радиального а,, окружного а1р напряжений.

Было рассмотрено несколько вариантов диффузии: чисто концентрационное распределение водорода при травлении и после удаления проволоки из кислотной ванны перед калибровкой, суммарное концентрационное и силовое распределение водорода после калибровки.

Распределение водорода до калибровки характеризуется повышенной концентрацией в сердцевине проволоки и низким ее уровнем в приповерхностных слоях (на уровне недиффузионно способного водорода).

Силовая диффузия после калибровки освобождает заблокированный в "ловушках" водород и направляет его в сторону, обратную направлению концентрационной диффузии. Происходит перераспределение и новое фиксирование атомарного водорода. В результате концентрация водорода в сердцевине проволоки снижается, а в приповерхностных слоях повышается.

Таким образом, травление и калибровка приводят к повышенной концентрации водорода в приповерхностных слоях проволоки. Если заготовки из такой проволоки подвергнуть испытаниям на осадку со степенями деформации, имеющими место в головках болтов и винтов при их производстве, то они обнаруживают склонность к трещинообразованию

Указанные.выводы были подтверждены микроструктурными иссле-

S

дованилми проволоки из стали 20Г2Р. Методами оптической микроскопии установлено, что после травления и волочения на границах ферритных зерен располагаются мик^эпоры и микротрещины, заполненные водородом. Плотность микротрещин после волочения без травления в несколько раз меньше.

Используя данные дифракционной электронной микроскопии, сделан вывод, что волочение наводороженной стали сопровождается более интенсивным деформационным наклепом и высокой плотностью дислокаций; микропоры на границах зерен сливаются в микротрещины, охруп-чивая материал.

Таким образом, как по усилию волочения, так и по показателю предельной пластичности при испытаниях на осадку дробеструйный способ удаления окалины предпочтительнее кислотного.

Третья глава посвящена анализу напряжений, усилий и деформаций, возникающих в головке болта при ее формировании в условиях автоматизированных линий производства с непрерывными операциями. Схема формирования головки (без вырубки шестигранника) - деухэтап-ная. На первом высаживается коническая предголовка, на втором - она осаживается до образования цилиндра заданных диаметра и высоты. На каждом из этапов имеются зоны кинематические (II и IV) и "мертвые" (I и III). На каждом этапе граница между кинематической и "мертвой" зонами перемещается навстречу ходу пуансона.

Материал заготовки принят идеальным жесткопластическим с пределами текучести на одноосное растяжение <т0 и а01 на этапах высадки и осадки. Применен полуобратный метод, при котором геометрия истечения в кинематических зонах частично задается, исходя из технологических особенностей. В частности, материальная прямая, до деформации параллельная оси стержня, в зоне II переходит в параболу (моделирование бочкообразности). Если провести эту полузаданную геометрию деформирования через условие локальной несжимаемости, то находится единственно возможный процесс конечного формоизменения головки болта, в котором роль времени выполняет подвижная граница кинематической и "мертвой" зон.

Напряжения находятся как решением задачи для системы уравнений равновесия и определяющего уравнения идеального жесткопласти-ческого тела:

где О - тензор скоростей деформации, Оц - его второй инвариант, Е - де-

виатор тензора напряжений Т, 'су, 0 Т, Т - 0 ст,„ О

О

о

б/

-радиальное

- окружное

- осевое

напряжения.

г, з - радиальная и осевая пространстяенныэ цилиндрические координаты.

Приближенное решение поставленной задачи позволило получип-. выражения для компонент тензорос напряжений. В зоне II:

о, =о,

Л

•К1-1») " 2 ^ЧзПг'р-^

■■/За

рх'М + г'Ь2

Го)2

2

х(в) = ИТ2 - еь - £(ьа -15). Здесь I., Ь, И - постоянные, определяемые конкретной технологической схемой.

По аналогичной схеме определяются напряжения в зоне IV (при осадке).

Значение напряжений в каждый момент процессов высадки и осадки позволяют рассчитать усилия на пуансонах во времени.

По напряжениям и усилиям можно сделать следующие выводы. В процессе высадки и напряжения на контакте материал - пуансон, и усилия на пуансонах растут от начала к концу процесса, причем рост - ускоряющийся. Таким образом, сточки зрения прочности пуансона, наиболее опасно окончание процесса высадки.

В процессе осадки напряжения падают от начала к концу процесса, а усилия на пуансоне возрастают с ускорением. Для пуансона наиболее опасно начало процесса осадки.

Усилия при осадке значительно превосходят усилия при высадке, если высадка не предусматривает полного прилегания к матрице с прямоугольным осевым сечением. В конкретной технологии всегда предусматривается подголовный переход с заданным радиусом.

При определении деформаций учитывалось, что процесс деформирования в зонах II, IV развивался вплоть до момента прохождения через данное поперечное сечение подвижной границы между кинематической и "мертвой" зонами. В этот момент расположение материальных частиц в

по перечном сечении фиксируется и остается неизменным до конца этапа. Таким образом, каждое сечение "мертвой" зоны - это след переменного края кинематической зоны, процесс формоизменения в которой известен.

Конечность формоизменения предопределила выбор тензора конечных деформаций в форме:

Ч^-о.

где Р - тензор меры квадратичной деформации; I - единичный тензор.

Деформации, формирующиеся на границах зон 1-11, 1Н-1\/ в процессах высадки и осадки, можно складывать, если соответствующие линейные тензоры деформаций определены в одном и том же локальном пространственном базисе и в одних и тех же координатах. При этом текущие координаты этапа высадки являются отсчетными координатами этапа осадки; компоненты тензора деформаций этапа высадки выражаются в текущих координатах этапа осадки.

Для нескольких сочетаний диаметра и высоты головки болта были рассчитаны компоненты тензора суммарных деформаций. Суммарные сжимающие осевые деформации принимают наибольшее по абсолютной величине значение в центре оси головки болта и практически постоянны вдоль радиальной координаты.

Наиболее существенен разброс сдвиговых деформаций вдоль осевой координаты. Сдвиги максимальны у торцевых плоскостей головки (здесь их значения в несколько раз превышают сдвиговые деформации в центре оси головки).

Анализ деформаций был дополнен исследованиями эволюции микроструктуры на различных этапах формоизменения. В качестве основной характеристики выбран вектор структурной текстуры (ВСТ). Направление его определяется направлением вытянутости зерен в локальном участке материала. Длина ВСТ определяется как усредненная величина отношения длины зерна к его поперечному размеру. Ориентация ВСТ определяется как угол отклонения ВСТ от оси заготовки.

Распределение ВСТ показывает места максимальных пластических деформаций и возможные участки зарождения микротрещин при формировании головки болта.

Данные оптической микроскопии указали локализацию ВСТ с высокими значениями длины (~ 55 % в переводе на деформацию), адекватную расчетным данным.

При электронно-микроскопическом исследовании основное внимание уделялось изучению эволюции наиболее хрупкой фазы а микроструктуре - цементита. В зависимости от ориентации ВСТ наблюдались два

механизма разрушения перлитных колоний, обусловленных ориентацией цементита.

Четвертая глава посвящена исследованию работоспособности составных матриц для холодной объемной штамповки.

Качество изделий, получаемых холодной объемной штамповкой, наряду с другими факторами, зависит от долговечности, стойкости матриц и их теплового состояния. Для более точного определения напряженного состояния и явления усталости в приконтактных зонах необходима информация об истинном значении температуры как на поверхности контакта с деформируемым телом, так и по объему матрицы, об изменении ее в пределах одного цикла на первых этапах штамповки и в последующие моменты времени, а также о влиянии на тепловое состояние технологических факторов (продолжительность пауз, количество и качество подаваемой смазки, настройка автомата и др.).

При холодной штамповке шарового пальца, где матрица является составной многослойной конструкцией, имеющей сложную геометрическую форму, проведено теоретическое и экспериментальное исследование температурного поля в различных точках, расположенных на границе контакта с деформируемым телом и на различных удалениях от нее. Источником тепла является заготовка, температура которой повышается в результате пластических деформаций при штамповке. Для определения температурного поля использован метод мгновенных сосредоточенных источников. При выборе расчетной схемы применены упрощения в геометрии матрицы и идеализации относительно процесса теплопровода.

Для удовлетворения граничным условиям вводится система отраженных источников и стоков и таким образом реальная матрица сводится к бесконечному телу. Влияние граничного условия на боковой цилиндрической поверхности, которое принимается за адиабатическое, учитывается введением условной функции отражения. Температура заготовки при ее пластическом деформировании определяется через работу внешней силы и механический эквивалент тепла.

Термическое сопротивление на контакте возникает из-за покрытия на поверхности заготовки. Поэтому рассмотрен общий случай, когда пограничный слой состоит из двух подслоев с соответствующими термическими сопротивлениями, причем а пределах контактного слоя выделяется теплота трения. Для расчета температурного поля полученные выражения вычисляются с помощью ЭВМ. Получен характер изменения температуры в заданном сечении в зависимости от радиуса и при заданных расстояниях от оси в зависимости от координаты оси.

Экспериментальное исследование температуры при холодной штамповке шарового пальца приведено на завершающем этапе форми-

рования шаровой головки и высадке его цилиндрической части в девяти точках составной матрицы, вставленной в корпус работающего автомата. Выявлено, что в момент деформаций металла температура на поверхности контакта с телом резко возрастает до 170 °С и затем также быстро убывает до 30 °С, причем размах изменения зависит от интенсивности деформации. В точках внутри .матрицы изменение температуры носит пмзгьый характер, достигая максимального значения 80 °С.

Квазистационарное тепловое состояние матрицы наступает через 6и0 ударов автомата. Расчетное значение температур весьма удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными, причем установившееся максимальное значение составляет 170 °С на поверхности контакта с заготовкой, следовательно, при холодной штамповке изделий необходимо применять смазку с большей температурой вспышки.

В пятой главе рассмотрено оптимальное проектирование составных трехслойных холодновысадочных матриц с разрезной промежуточной втулкой.

Наиболее известным способом повышения долговечности и несущей способности холодновысадочных матриц является переход к многослойным конструкциям. При сборке составных многослойных матриц с натягом на внутренних сопрягаемых поверхностях создаются сжимающие напряжения, которые компенсируют напряжения от внутреннего давления при холодной объемной штамповке получаемого изделия. Величина натягов регламентируется механическими характеристиками слоев материалов и их геометрическими размерами. В работе показано, что обжатие внутренних слоев более эффективно, если промежуточный слой (втулка) выполняется разрезным.

В этом случае предельное внутреннее давление определяется по формуле

Ро = {(г,2 -Го)-Ы +2Г12Ы} /[(1~Юг,г +(1-К)Г02], где [о,], [о2] - допускаемые напряжения материалов вставки и промежуточной втулки; г0 и г, - внутренний и наружный радиус вставки, К = -1 по третьей теории прочности.

Значение Г1 определяется так:

где Гз - наружный радиус корпуса матрицы; [аз] - допускаемое напряжение наружного слоя.

Эффективность применения разрезной промежуточной втулки мож-. но оценить, сравнивая предельное внутренне давление при одинаковых соотношениях гз/г0 в составной и сплошной матрицах. Анализ показывает, что в пределах 6 < г3/г0 < 20 предельное давление для матрицы с раз-

резной промежуточной втулкой выше, чем в матрицах со сплошной втулкой. Применение разрезной втулки повышает несущую способность трехслойных матриц до 25%. При прочих рапных условиях максимальные напряжения в матрице с разрезной втулкой будут со столько же раз меньше, а долговечность возрастает в 1.25"1 раза, где т - показатель кривой усталости.

Оптимальное проектирование составных матриц представляет задачу в пространстве переменных состояния (перемещений, деформаций и напряжений в слоях), где функцией цепи служит величина предельного внутреннего давления, а переменными проектирования - материалы слоев, диаметры посадочных поверхностей и величины натягов.

При проектировании предложено выполнение условий прочност слоев составной матрицы, которые формируются в переменных состояниях. Расчетами показано, а испытаниями на АО "Автонормаль" под-тверлодено, что применение разрезной промежуточной втулки э трехслойных матрицах дает повышение стойкости в 1.77 раза при обычном промышленном сочетании слоев в интервале отношений диаметров наружного к внутреннему от 6 до 20.

В матрицах с твердосплавными вставками применение разрезной втулки из сталей дает экономию дорогостоящего твердого сплава более, чем в два раза. Установлено, что число разрезов промежуточной втулки практически не влияет на оптимальные значения геометрических параметров натяга и предельного внутреннего давления, что позволяет ограничиться наиболее технологическим вариантом применения втулки с двумя разрезами.

Выполненный комплекс исследований (главы 2 - 5) позволил на практике реализовать следующие новые технологии изготовления крепежа.

С целью уменьшения металлоемкости изделия и повышения стойкости холодновысздочного инструмента изменена конструкция и освоена новая технология высадки накидной гайки с коническим хвостовиком (крепежная деталь автомобиля КАМАЗ). Стойкость инструмента возросла за счет более равномерного распределения деформаций, норма расхода металла снизилась на 15 %.

Изменена технология изготовления заготовки шарового пальца для автомобиля ВАЗ. Недостаток прежней технологии состоял в том, что за один переход пытались произвести второе редуцирование стержня и заполнить конус, вследствие чего конус заполнялся не полностью. Суть изменения этой технологии: предварительное формирование конуса на части стержня, примыкающей к подголовной цилиндрической части, производится на позиции первого редуцирования стержня. В результате

улучшилось качество изделия, повысилась стойкость матриц второй позиции.

Изменена конструкция головки болта крепления головки цилиндров автомобиля ВАЗ Прежняя конструкция приводила к низкой стойкости редуцирующих матриц, потере устойчивости заготовки при редуцирозании на первой позиции, трещинообразова.чию на торцевой поверхности головки. Предложена конструкция 12-гранной головки с фланцем. В ре-'.'■'иьтате повысилось качество изделия, возросла стойкость инструмента, й .с .¿¡шичокомплекта нз один двигатель ВАЗ 2103 уменьшился на 30 г: "¡ммоа.

Основные выводы по работе

1. Кислотное удаление окалины с поверхности подката и последующая калибровка являются неэффективным сочетанием подготовительных к ХОШ операций. Микроструктура материала характеризуется образованием на межфазных границах ммкропор и микротрещин, заполненных водородом, а также повышенным содержанием несовершенного перлита.

2. Анализ диффузионных процессов распределения водорода в теле проволоки з последовательности операций травление - калибровка показал, что в приповерхностных слоях проволоки возрастает концентрация водорода, вследствие чего возрастает склонность к трещинооб-разованию и разрушению.

3. Разработано обоснование способа подготовки поверхности подката к операциям ХОШ крепежных издёлий, заключающегося в переходе от кислотного удаления окалины к дробеструйной обработке поверхности с последующим нанесением модифицированной смазочно-охлаждающей жидкости, минуя фосфатацию.

4. За основу теоретических оценок внутренних напряжений и деформаций, возникающих в заготовках в процессе их формирования в крепежные изделия, взято образование головки болта. Разработаны модели кинематики истечения на двух основных позициях. Найденные поля напряжений позволили определить развитие усилий на. пуансонах во времени, оценить стадии процессов, наиболее опасные по уровню нагрузочных напряжений.

5. На основании кинематики истечения материала заготовок на двух основных позициях определены компоненты тензора конечных деформаций. Показано, что осевые сжимающие деформации максимальны в центре оси головки болта. Наиболее'круто меняются сдвиговые деформации, сдвиги максимальны у торцевых плоскостей головки болта.

Анализ микротекстуры, выполненный методами оптической и электронной микроскопии подтвердил указанные выводы. Кроме того,

обнаружены возможные очаги разрушения, обусловленные морфологией карбидной фазы.

6. Разработано методическое и экспериментальное обеспечение определения температурных полей в многослойных составных высадочных матрицах. Даны теоретические оценки температуры на контакте матрица - заготовка, согласующиеся с экспериментальными результатами.

7. Оптимально спроектированы, разработаны и внедрены конструкции высадочных матриц, обеспечивающие высокую эффективность процессов ХОШ.

8. На основании теоретических и экспериментальных оценок деформирования заготовок, условий сохранения стойкости высадочного инструмента произведены изменения технологических переходов, конструкций инструмента для операций ХОШ ряда крепежных изделий и разработаны новые технологии изготовления высокопрочного крепежа.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кузьминых A.A., Адельгильдин А.Х., Закиров Д.М., Газизов Х.Ш. Проектирование инструмента для холодной объемной штамповки. Магнитогорск, 1996. 102 с.

2. Закиров Д.М., Кузьминых A.A., Кривощапов Д.В. Составные матрицы для холодной высадки. Магнитогорск, 1996. 88 с.

3. Автомат для поперечной обработки пальцев. Закиров Д.М. , Михеев В.М., Нурулов Н.Р., Кузьмин В.А. А. с. № 1745426 .

4. Оптимальное проектирование составных трехслойных матриц с разрезной промежуточной втулкой. A.A. Кузьминых, Д.М. Закиров, Х.Ш. Газизов И Материалы Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" , Украина, Одесса, 1995 . С. 23-25.

5. Экспериментальное исследование температуры в матрице при холодной штамповке. A.A. Кузьминых, Д.М. Закиров, Р.Х. Камалов I! Изв. вузов. Черная металлургия. 1994, № 3. С. 41-42.

6. Кузьминых A.A., Газизов Х.Ш., Закиров Д.М. Повышение несущей способности составных трехслойных цилиндров И Изв. вузов. Черная металлургия. 1996, № 5. С. 38-41.

7. Кузьминых A.A., Газизов Х.Ш., Закиров Д.М. Оптимальное проектирование составных трехслойных матриц с разрезной промежуточной втулкой // Изв. вузов. Черная металлургия. 1996, № 1С. 32-36.

8. Моделирование процесса изготовления шаровых пальцев холодной высадкой. A.A. Кузьминых, Д.М. Закиров, И.Г. Гун, Д.В. Кривощапов // Прогрессивные решения в метизной промышленности: Сб. науч. тр Магнитогорск: ПМП"Мини Тип", 1996. С. 128-136.

9. Correlation between microstuctue and mechanical properties of metals. B.E. Г ромов, В.Я. Целлермаер, Э.В. Козлов, Д.М. Закиров и др. // Тез. докл. Международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений". Тамбов, 1996. С. 176-177. '

10. Роль наводороживания и эволюции дефектной структуры при волочении низкоуглеродистой стали. В.Я. Целлермаер, В.Е. Громов, Д.М. Закиров, Э.В. Козлов и др.// Тез. докл. Международной конференции и.лкромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений". Тамбов, 1996. С. 208-109.

И. Природа хрупкости при волочении и холодной объемной штамповке материала с химической очисткой поверхности. Е.А. Сапелкин, Д.М. Закироз, В.И. Базайкпн, В.Е. Громов и др. II Тез. докл. Ill Международной школы - семинара "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Барнаул, 1996. С. 46.

12. Закономерности эволюции субструктуры сталей при пластической деформации волочением. В.Е. Громов, Э.В. Козлов, Л.М. Полторацкий, В.Я. Целлермаер, Д.М. Закиров и др. Закономерности эволюции субструктуры сталей при пластической деформации волочением // Тез. докл. Ill Международной школы - семинара "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Барнаул, 1996. С. 64.

13. Неоднородность пластической деформации при волочении и холодной объемной штамповке. Модели v, эксперимент. В.Е. Громов, Д.М. Закиров, Е.А. Сапелкин, Л.М. Полторацкий и др. // Тез. докл. Ш Международной школы.- семинара "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Барнаул, 1996. С. 65.

14. Формирование структуры и свойств сталей на стадии метизного передела В.Я. Чинокалов, В.З. Смакопшня. Л.М. Полторацкий, В.Е. Громов, Д.М. Закиров II Тез. докл. УП Международного семинара "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов". Екатеринбург, 1996. С. 147-148.

15. Д.М. Закиров, В.Е. Громов, Е.А. Сапелкин, Л.М. Полторацкий. Модельные и экспериментальные исследования неоднородности пластической деформации II Тез. докл. УП Международного семинара "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов". Екатеринбург, 1996. С. 161.

16. Особенности эволюции субструюуры сталей при пластической деформации, волочением. Л.М. Полторацкий, В.Я. Целлермаер, В.Е. Громов, Э.В. Козлов, Д.М. Закиров II Тез. докл. УП Международного семинара "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов". Екатеринбург, 1996. С. 108.

17. Водородное охрупчивание феррито-перлитных сталей при волочении.

В.Я. Целлермаер, В.Е. Громов, Д.М. Закиров и др. // Изв. вузов. Физика,* 1996, №3. С. 97-108.

18. Физико-технические основы и преимущества бескислотного удаления окалины с проката. В.Е. Громов, JIM. Полторацкий, Д.М. Закиров и др. // Тез. докл. Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века". Магнитогорск, 1996. С.65-66.

19. Задачи для напряжений при волочении проволоки из непластических, материалов. В.И. Базайкин, В.Я. Целлермаер, В.Е. Громов, П.Е. Кравченко, Д.М. Закиров // Тез. докл. Международной конференции "Математические модели и численные методы механики сплошной среды". Новосибирск, 1996. С. 142-143.

20. Анализ напряженного состояния на контакте с матрицей при волочении проволоки. В.Я. Целлермаер, П.Е. Кравченко, Д.М. Закиров И Изв. вузов. Черная металлургия, 1996, № 2. С.47-50.

21. Влияние структуры низкоуглеродистых сталей на деформируемость при холодном волочении. В.Я. Чинокалов, Л.М. Полторацкий, В.А. Пирогов, В.Е. Громов, Д.М. Закиров II Изв. вузов. Черная металлургия. 1996, № 2. С.50-53.

22. Физико-механические основы холодной объемной штамповки. В И. Базайкин,, Д.М. Закиров, В.Е. Громов, А.Х. Адельгильдин // Тез. докл. Международной научно-технической конференции "Структурная перестройка металлургии: экономика, экология, управление, технология". Новокузнецк, 1996. С. 125.

23. Физико-химические основы холодной объемной штамповки. . В.И. Базайкин, Д.М. Закиров, А.Х. Адельгильдин, В.Я. Целлермаер // Тез докл. Международной научно-технической конференции "Структурная перестройка металлургии: экономика, экология, управление, технология" Новокузнецк, 1996. С, 125.

24. Роль электростимулирования в структурной текстуре и ее эволюции при объемной холодной штамповке. Д.М. Закиров, В.Я. Целлермаер, Э.В. Козлов, Ю.Ф. Иванов Н Тез. докл. Международной конференции "Действие электромагнитных полей на-пластичность и прочность материалов". Воронеж, 1996. С.5.

25.. Макро- й микроанализ неоднородности пластической деформации при волочении. В.Я. Целлермаер, В.И. Базайкин, Э.В. Козлов, П.Е. Кравченко, ДМ. Закиров И Симпозиум "Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии", посвященный 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР И.А. Одинга. Москва, 1996. С.65.

26, Структурная текстура и ее эволюция при холодной штаг/ловке ферри-

ю-перлытной стали. В.Е. Громов, Д М. Закиров, В.Я. Целлермаер, Ю.Ф. Иванов и др. И Изв. вузов. Черная металлургия, 1996, № 12. С. 36-39.

27. Эволюция карбидной текстуры стали 20Г2Р в процессе интенсивной пластической деформации. В.Е. Громов, Д М. Закиров, Ю.Ф. Иванов и др. II Изв. вузов. Черная металлургия, 1997, № 2. С. 41-45.

28. Напряженно-деформированное состояние при высадке головки болта. В.И. Базайкин, Д.М. Закиров, В.Е. Громов // Изв. вузов, Черная металлургия, 1996- № 12. С. 28-30.

29. Влияние водорода на технологическую пластичность при волочении В.И. Базайкин, П.Е. Кравченко,. В.Я. Целлермаер, В.Е. Г ромов, Д.М. За-,л«5(. эо // Изв. вузов. Черная металлургия, 1996, № 8. С. 41-45.

" Напряжения и деформации при формировании головки болта. Д.М. Закиров, В.И. Базайкин, В.Е. Г ромов и др. // Изв. вузов. Черная металлургия, 1997, № 2. С. 22-29.

31. Усилия и деформация при производстве крепежных изделий в линиях с непрерывными операциями. В.И. Базайкин, Д.М. Закиров, А.Х. Адель-гильдин, В.Я. Целлермаер, В.Е. Громов // Тез. докл. Международной конференции "Актуальные проблемы материаловедения в металлургии". Новокузнецк, 1997. С.43.