автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии получения биметаллического штампового формообразующего инструмента методом пластического деформирования

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

. г сЛ V \ 0

УДК 621.73.043

ДУБАСОВ ВАСИЛЬ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ БІМЕТАЛЕВОГО ШТАМПОВОГО ФОРМОУТВОРЮЮЧОГО ІНСТРУМЕНТУ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧНОГО ДЕФОРМУВАІГІІЯ

Фах 05.03.05. - Процеси та машини обробки тиском

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ -1997

Диссртаиією є рукопис.

. t

Роботу виконано у Східноукраїнському державному університеті на кафед “Ковальско-пресове виробництво та матеріалознавство” механічного факультет м. Луганськ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дорошко В.І., СУДУ.

Офиційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Соколов Л.М., ДДМА, м. Краматорськ; кандидат технічних наук,

Фурса В.Г., ЦЛТМ, м. Новомосковськ., директор

Провідне підприємство: Донецький Фізико-технічннй інститут НАН України.

Захист дисертації відбудеться о 13 годині 10 жовтня 1997 року на засідаїн спеціалізованої ради К 18.02.03 при кафедрі “Ковапьско-пресове виробництво т матеріалознавство” Східноукраїнського державного університету за адресо» 34S934, м. Луганськ, ка. Молодіжний, 20-а.

Довідки 'ж телефоном: (0642) 46-67-88

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Східноукраїнського державного

університету ___

Автореферат разіслано вересня 1997р.

Вчений секретар спеціалізованої ради '

кандидат технічних наук, допінг

fir S Л.О. Рябічева

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИ СГНКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення ефективності технології машнкобуду-»ання у напрямі економії матеріальних і енергетичних ресурсів е надто акіу-ільиою проблемою економіки України. Чимале місце тут займає удосконалення іаготівленого і, зокрема, штампувального виробництва. У галузях машинобуду-іання завдання ресурсозбе[>еження вирішується утворенням прогресивних тех-юлогічиих процесів обробки металів тиском, що можливо ефективно реагувати на основі використання к. іорогої високостійкої штампової оснастки. -

Надзвичайно ефективним шляхом зменшення витрат на виготовлення Іюрмоутворюючого інсї]'ументу є використання прогресивного засобу пла-ггичного деформування, зокрема, видавлювання, що забезпечує одержання гра-іюри заготовки інструменту без подальшої механічної обробки, істотну еко-юмію високолегованої сталі та у 5...10 разів дозволяє знизити трудомісткість іиготовлення.

Важливим резервом зниження видатку штампових сталей є засоби виготовлення деталей інструменту, іцо деформують інструмент у біметалевому виконанні. Існуючі засоби виготовлення видавлюванням є достатньо ефективними га реально здійснювані в умовах ковальско-штампувального виробництва. Крім того, важливим привілеєм цих засобів, пов'язаних із формоутворенням гравюри їластичним деформуванням, с висока якість виробів як з фізико-механічних шастнвостеГі, так і з точності геометричних розмірів, що у кінцевому результаті )бумовлк>€ підвищення стійкості штампів.

Проте матеріапосберігаючі технології виготовлення біметалевих штампів юки не знаходять широкого застосування у промисловості. Це пов'язане, перессім, із недостатнім вивченням їх, Зокрема, для технологій видавлювання гра-іюр у біметалевій заготовці немає рекомендацій по вибору конфігурацій та роз-іірів елементів біметалу, що забезпечують економічне виготовлення вихідної іаготовки, рівномірний розподіл плакуючого шару у виробі та надійне сполу-ієііня його з основою. Відсутні також рекомендації з вибору нізьколегованих ггалей для основи та високоміцних штампових сталей для плакуючої частини, іризначеиню режимів сумісної термообробки біметалевих деталей штампів іізиоманітного призначення.

У відомих технологіях видавлювання гравюр у біметалевій заготовці не іикористано прогресивний засіб напівгарячого деформувати, що може засто-іозуаатися для обробки будь-яких сталей та забезпечує одержання точності •еометричних розмірів виробів по 9...11 квалігетам та шорсткості поверхні II* * 1,32 мкм.

Ефсет від застосування біметалевого інструменту покладено в зменшенні іидатку дорогої штампової стали у 5... 7 разів та у підвищенні стійкості його у

2... 4 разу в зв'язку з застосуванням для планування високоміцних і теплостійких сталей та сплавів, а також можливості Тх додаткового термомеханічного зміцнення.

Таким чином, завдання поширення використаній на виробництві біметалевого штампового інструменту сактуальн ім.

Мета роботи. Зниження видатку штампових сталей, зменшення енергетичних та трудових ресурсів на основі опрацювання та удосконалювання технології виготовлення біметалевих робочих деталей штампів.

Засоби дослідження. Теоретичні дослідження напружно-деформованого стану та зусиль при видавлюванні порожнин у складовій біметалевій заготовці базуються на законах механіки суцільного середовища, теорії пластичності, теорії обробки металів тиском та математичному моделюванні на ЕОМ.

Експериментальні дослідження засновано на фізичному моделюванні, математичному плануванні, статистичних засобах обробки експериментальних даних.

Теоретичні рішення та результати автоматизованого проектування підтверджені експериментально на реалізованих технологіях виготовлення біметалевих штампів.

' Наукова новизна та особистий внесок автора. 1 .Встановпен механізм та можливі схеми течії металу при видавлюванні порожнин у складовій біметалевій заготовці зі сторони плакуючого шару, складеного із надміцного матеріалу, ніж основа.

2. Одержано аналітичне рішення для визначення енергосилових та

кінематичних параметрів при формоутворенні порожнин утискуванням пуансона у напівбесконечну заготовку. ' .

3. Розроблено методику розрахунку зусиль при видавлюванні порожнин у біметалевій заготовці.

4. Визначено режими напівгарячого деформування ряду штампових сталей, що забезпечують одержання високої міцністі та пластичності.

5. Одержано рівняння регресіі, що влаштовує залежність мінімальної товщини плакуючого шару від параметрів процесу видавлювання порожнин у біметалевій заготовці.

Практична цінність та реалізація результатів роботи. Розроблено методику автоматизованого проектування операції видавлювання у технологічних процесах одержання біметалевого штампового формоутворюючого інструменту. Створено матеріале- та енергозберегаючі технологічні процеси виготовлення напівгарячим видавлюванням біметалевих робочих деталей штампів. Розроблено засіб виготовлення біметалевих виробів. Розроблено та передано концерну "Азовбуд" м.Маріуполь технологія виготовлення біметалевих пуансонів гарячої висадки болтів М24, Розроблено та впроваджено на ВО "Верстат небудівельний

з

завод" м. Луганськ технологія виготовлення біметалевого штампового інструменту для висадочного виробництва.

Нові технології забезпечують зменшення видатку дорогої штампової сталі у 5... 7 разів та у підвищенні стійкості його у 2... 4 разу за рахунок застосування для планування високоміцних і теплостойких сталей та сплавів, а також можливості їх додаткового термомеханичного міцнення, дозволяють знизити трудомісткість виготовлення у 4...5 разів.

Апробація робот. Матеріали дисертації доповідалися на науково-технічних конференціях Східноукраїнського державного університету (1994-1997р p.), на науково-технічній конференції "Проблеми розвитку нзуковоемних та маловідхідних процесів обробки металів тиском” (м.Краматорськ, 1997р).

В цілому робогу обговорено та схвалено на об'єднаному науковому семінарі механічного факультегу СУДУ у 1997.роиі.

Публнкації. По темі дисертації опубліковано 5 статей, одержаний 1 па-теїгт України.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, додатка. Текстовий матеріал викладено на 130 стор., таблиць по тексту 4, малюнків 28, літературних джерел 75 назв.

ОС!ЮШІИН ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У вст> ні обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, її наукова та практична цінність.

Розділ 1. Стан питання та постановка завдань дослідження. Наведений аналіз основних засобів виготовлення робочих деталей штампів видавлюванням гравюри у біметалевій заготовці. Існуючі засоби виготовлення видавлюванням біметалевих робочих деталей штампів є достатньо ефективними та реально здійсненими в умовах ко вал ьско-шта.чпу вального виробництва, вони забезпечують ‘ііімалу економію дорогих високолегованих штампових сталей.' Проте, поки вони не знаходять широкого застосування у промисловості у зв'язку із недостатнім вивченням їх. Зокрема, для технологій видавлювання гравюр у біметалевій заготовці немає рекомендацій по вибору конфігурацій та розмірів елементів біметалу, що забезпечують економічне виготовлення вихідної заготовки, рівномірний розподіл плакуючого шару у виробі та надійне сполучення його з основою. Відсутні також рекомендації по вибору низьколе-гованнх статей для основи та високоміцних штампових сталей для плакуючої частини, призначенню режимів сумісної термообробки біметалевих деталей штампів різноманітного призначення.

У відомих технологіях видавлювання гравюр у біметалевій заготовці не використано прогресивний засіб начівгарячого деформування, що може засто-

совуватися для обробки будь-яких сталей та забезпечує одсрл-иня точності геометричних розмірів виробів по 9...11 квапітетам та шорскості поверхні И**0.2.. 0.5 мкм, немає теоретичних засобів аналізу процесу деформування.

Наводяться теоретичні та експериментальні дослідження напружно-деформоааного стану у процесах утворення порожнин видавлюванням. Розглянуто основні результати, що відносяться здебільшого до досліджень впровадженням у наліепростір пуансона на чималу глибину, що досягає діаметру пуансона та більше.

ФормоутБорюванкя порожнин за схемоь» впровадження пуансона у напішіростір має місце у багатьох яких випадках виготовлення робочих деталей штампів та пресформ. Відомі ряд теоретичні рішення з визначення зусилль утворення осесеметрнчних порожнин впровадженням пуансона у напівпескінчене тіло, одержаних різними засобами. Основними із них є рішення Н.А.Большаніной, В.К.Воронцова, А.З.Журавльова, Д ГІ.Кузнецова, А.В.Ляснікова, П.І.Полухіна, Є.А.Попова, Л.Прандля, Г.А.Гмириова-Аляєва, М.В.Сторожева, ІЛ.Тарновського, К.Є.Телмінга, А.Д.Томленова, Є.П.Унксова, Р.Хілла и др. Аналіз опублікованих розрахованих формул, виконаний А.ВЛясніковмм показав, що вони дають суперечливі результати як у розмірах вогнища пластичної деформації, так і з величин необхідного зусилля, що деформує у деяких випадках для однакових умов значення розмірів вогнища пластичної деформації, обчислені з різними формулами, різняться у 2...5 разів, а , зусилля, що деформує у 1,5.. 2 разу.

Дані про напружно-деформований стан металу та розрахунки зусиль, що деформують для видавлювання порожнин у біметалевій заготовці у літературі немає. У літературі мається .щ.ие відомості з цих питань для пресування прямим засобом поздовжних та поперечних шарових заготовках.

Дослідження змін структури та властивостей вуглсвцешіх та легованих штампових сталей після напівгарячої деформації у галузі помірно-підвищених температур 600 - 800° С показує, що у них відбуваються істотні зміни. З підвищенням температури деформації спостерігається розвиток процесу прискореної сфероідізації та зникнення рядкового цементіта, що повністю завершується в усіх зернинах при 700° С. Структура набуває мілкозернисту будівлю. При температурі 800° С деформація супроводжується рекристалізацією та зро-стайням нових рскристалізованих зернин, а також спсстерігється підвищення міцністі та пластичності металу, що забезпечує підвищення експлутаціґіннх характеристик виробів. Ісьуючі у літературі відомості з цього питання відносяться до обмеженого кола марок сталей, для більшості штампових статей такі відомості відсутні.

На підставі результаті; проведеного аналізу та відповідно до мети роботи поставлено таки основні завдання дослідження: •• ■.

• викопати дослідження деірормованого стану матеріалу при видавлюванні порожнин у біметалевій заготовці;

• виконати теоретичний аналіз енергосилових та кінематичних параметрів при формоутворюванні порожнин утискуванням пуансона у біметалеву заготовку;

• дослідити фізнко-механічкі властивості та структуру ряду штампових сталей для гарячого деформування після напівгарячого видавлювання;

• дослідити розподіл плакуючого шару при видавлюванні порожнин у складовій біметалевій заготовці;

• розроби™ методику розрахунку параметрів технології видавлювання порожнин у біметалевій заготовці;

• здійснити освоєння технологічного процесу штамповки біметалевих робочих деталей штампів.

Розділ 2. Експериментальне дослідження деформованого стану та форми вогннша деформації у процесах видавлювання порожнин у біметалевих заготовках. Експериментальне дослідження по встановленню форми вогнища пластичної деформації, а також характеру деформації виконано з використанням засобу координатної сітки. В експерименті використано складові циліндричні заготівки з площиною розняття по мередіальному перетину. У вигляді основи біметалевого взірця використано заготовки із алюмінію марки А1 зовнішнім діаметром 60 мм та висотою 45 та 35 мм. У заготовці виконувалися поглиблювання ( глухі отвіри ) діаметром ЗО та 24 мм, куди розташовували вставки із заздалегідь відпаленого дуралюміна марки Діб різноманітної висоти. На площину однієї із половинок біметалевої заготовки наносилась квадратна коор-4' динатна сітка з кроком 2 мм. Зібрана заготовка розташовуване у матрицю штампу і відбувався процес видавлювання. Видавлювання здійснювалося на гідравлічному пресі КИРУ - 100 зусиллям 1000 кН зі швидкісно 5...10 мм/мін у спеціальному штампі,, що забезпечує соосність пуансона щодо матриці та оріїнтацію заготовки. У заготовці видавлювали циліндричну порожнину пуансоном діаметром 20 мм з плоским торцем та донним радіусом 3 мм. Для дослідження форми та характеру вогнища деформації вставки виконувалися різноманітної висоти. Обробка деформованої координатної сітки вироблено за методикою Г.А.Смирнова - Аляєва. •

Внаслідок експериментальних досліджень деформованого стану біметалевих заготовок установлений механізм деформації при видавлюванні порожнин зі сторони плакуючого шару, що складається із надтриакого матеріалу, ніж основа. Залежно від умов деформування, що визначить опір деформації окремих частин заготовки можливі дві схеми течії; без осьового зсуву та зі зсувом плакуючої частини у напрямі руху пуансона. При деформуванні за першою схемою на протязі всього процесу відбувається формоугворювання порожнин у плакуючій частині з деформаціїю або тільки у плакуючій частині,

або обох частин заготовки спільно. За другою схемою спершу деформується тільки основа шляхом утискування у неї плакуючої частини, а після цього відбувається течію аналогічно першій схемі. Експериментальним дослідженням деформованого стану металу у мерідіальпом перетині біметалевої заготовки також показано, що при впровадженні циліндричного пуансона із плоским торцем в умовах деформації без осьового зсуву плакуючої частини, форма та розмір вогнища пластичної деформації подібні видавлюванню порожнин у монометалевій заготовці. При цьому у разі сумісного деформування частин заготовки по всій поверхні контак-гу елементів біметалу відносні зміщення практично відсутні.

Для теоретичного аналізу напруж но-деформованого стану вогнище пластичної деформації з визначеним допущенням можна подати у вигляді об'єму, обмеженого згори та знизу сферичними поверхнями та конічною поверхнею,

, розміщеної між пругами пуансона та матриці.

Розділ 3. Теоретичне дослідження напруж но-деформованого стану та зусиль при вида плюванні порожнин у біметалевій заготовці. Висловлюється рішення для зусиль впровадження циліндричного пуансона з плоским торцем у напівнескінчену заготовку, одержане засобом балансу потужностей усіх сил на ■ 'кінематично можпивих швидкостях. Згідно з прийнятою розрахунковою схемою (рис.1) у процесі впровадження відбувається витиснення металу з-під пуансона та течія назустріч його руху. Вважаємо межею, що поділить деформований та недеформований метал тіла, умовну циліндричну поверхню з радіусом Иу. Приймаємо, що деформування симетричне, вогнище пластичної деформації обмежене конічною та двома сферичними поверхнями радіусом г, та г:, центри яких знаходяться у точці на осі симетрії. Положення цієї точки залежить від куту а, значення якого змінюється при зміні параметрів процесу, таким чином, щоб потрібна потужність була мінімальною. Радіус умовної межової поверхні для наданих параметрів визначається по мінімуму зусилля, що деформує, існування, що обумовлює область процесу впровадження пуансона у напівпростір. Деформований матеріал поділено на чотири зони, у кожній із яких статі швидкостей безперервне. Зони 1, 3, 4 є жорсткими, у них швидкості постійни та мають одну компоненту чи равну нулю. Для схеми течії, наведеної на рис.1 ліворуч від осі, швидкості переміщування мають такі значення. Зона 1 -нерухома (Vі =0); зона 3, яка становить зону "мертвого металу”, переміщує вниз зі швидкістю пуансона УП=У ( від’ємна величина). Зона 4 переміщує нагору зі швидкістю V*, величина якої визначається із умови постійності об'єму.

ГІри використанні енергетичного засобу балансу потужності слушно використати радіальне поле швидкостей течії металу у вогнищі деформації. Для побудови радіального поля швидкосте» у вогнищі деформації (зона 2), скористаємось прийомом, ствердженням Б.Авицуром та ін. Якщо вирахувати \/4 із

всіх швидкостей, зазначених на рис. 1 ліворуч від осі, то осьова швидкість у зоні 4 та шо складає швидкості, перпендикулярна межі між зонами 2 та 4, стануть рівними нулю, тобто у такому випадку відпадає необхідність роздивлятися течію металу із зони 2 у зону 4 та статі швидкостей у вопшші деформації стас радіальним. При цьому змінюються тільки абсолютні швидкості, відносні швидкості на поверхні розриву залишаються такими ж.

Внаслідок зазначеного перетворення схеми пронесу приймає вигляд, зображений на рис. 1, праворуч від осі. При описі поля у вогнищі деформації скористуємось сферичною системою координат г, 0, <р, т.к. припускасп-.ся, що течію симитричне відносно осі обертання, то складові швидкості у

Рис. І. Розрахункова схема впровадження пуансона у напівпростір.

напрямку осей о та <р (Уе та V,) дорівнюкпься нулю. Радіальну що складає V, визначимо інтегруючи рівняння постійності об’єму: г.2 V с о б 0

Використовую ти (1) та відомі формули для швидкостей деформації, знаходимо інтенсивність швидкостей деформації:

£; =-4»* Г ^----r*'J\2cosг О + ьіп2 0 п\

‘ л/3 г3 і -я; І Я;

Рівняній! балансу потужності для процесу впровадження пуансона у напівмросгір записувається у вигляді:

Wp = Wi + Wc + Wт, (3)

де У/р = Чвн (ясі,,2) / 4 - потужність, що розвивається зусиллям деформування; сь,, - середнє питоме зусилля на пуансоні;

ІУ, = І о,е,(П\ — потужність внутрішніх сил у вогнищі пластичної деформації; б і

V

- інтенсивність напруження, величину якого можна прийняти рівним напрузі текучості матеріалу, себто а = о»;

\Мс=/тс|М/|<15 - по іужність зсуву на межі вогнища деформації по поверхнях

Я

Г|, Гг, Гз та по умовній межової циліндричної поверхні Г* радіусом Иу; іс-а^у}з-максимальна дотична напруга на поверхнях розриву швидкостей; | Д\/1 - розриви швидкостей, які становлять абсолютну величину різниці, складових, паралельних межі розриву; Я - площа поверхні зсуву; \Л/,=| т«| Д\/|сІ5 - потужність

З

сич контактного тертя на поверхні пуансона П; т« = 2цст, /л/3 - дотична напруга на контактної поверхні; ц - коефіцієнт контактного тертя.

Роблячи відповідні підстановки у рівняння (3) та перетворення, одержуємо слідуючі вирази для питомого зусилля на пуансоні:

-і- -25*5----------Ьі І -±- /./12005' 0 + 5ІПг0~ .

" >!Т (Я.у2 - Ил2) \ я. [їиіЧхі

(4)

* ап8 <Ю + сі£а] + Н Н с^а) - й§а ] +

Величина питомого зусилля, обчислена за формулою (4) залежить від куту а, що визначить розмір вогнища деформації (зона 2) При цьому мас оптимальний кут, що забезпечує мінімум зусилля. Значення для прийнятих значень глибини впровадження, коефіцієнту тертя та радіусу умовної граничної

поверхні Я, знаходять із необхідних умов мінімуму q: рівнісгь нулю похідної питомого зусилля по а.

У вислові (4) залежної змінної також с радіус граничної мсжевої поверхні Ву. Ного величина визначає умови реалізації процесу впровадження пуансона у »їапівпросіі}>. -Значення цього радіусу гіроноїо сться знаходити із умови мінімуму питомого зусилля «|»,і, дпференцюючи (4) по Г?у при оптимальному значеній сі, прирівнюючи похідну нулю.

Практична реалізація рішення рівняння (4) за висловленою схемою може бути здійснена чисельним засобом на ЕОМ.

Використовуючи вираз (4), одержано формулу для обчислення питомого зусилля зворотного видавлювання порожнистих циліндрів у матриці з радіусом, рівним ИУі шляхом заміни у ньому радіусу Иу на складової потужності пластичного зсуну на поверхні 1%.

При обчисленні зусиль облік зміцнення відбувається шляхом уточнення рішень з використанням усередненої оцінки напруги текучості у вогнищі деформації для середпьоінтегралькнх інтенсивностей швидкості деформації та кінцевої деформації, значення яких визначаються з використанням теореми про середні значення іи;ітегралу потужності. У випадку сумісного деформування плакуючої частини та основи знаходиться середньовзяажене значення напруги текучості біметалу, та величини обсягу кожного компоненту у вогнищі деформації. Експериментальна перевірка одержаного рішення по визначення зусиль вироблялася при напівгорячому видавлюванні біметалевих пуансонів для висадки головок спеціальних болтів М24. Штамповку виробляли на кривошипному пресі КА9038 зусиллям 6300 кГ, спорядженим пристроєм для виміру деформації станини на довжині їм, за величиною якої визначали зусилля, що деформують.

Точність виконання експерименту оцінено з використанням засобу математичної статистики. Межа довірчого інтервалу експериментальних даних для імовірності 0.95 склала ±5.4%. '

Експеримент показав задовільний збігу розрахункових даних з вимірюваними зусиллями. Відхилення розрахункових даних від середнього значення, одержаного у експерименті, склало не більш 14%.

Розді.і 4. Дослідження фізпко-мсханічшіх властивостей та структури елементів біметалевих деталей штампів після напівгарячого видавлювання та термічної оПробк-и. Приведені результати дослідження механічних властивостей та структури сталей 5Х3133МФС ( ДІ23 ), 4Х5МФС, 7X3 та 45Х після напівгарячого видавлювання та термічної обробки. Видавлювання здійснювали на гідравлічному пресі, що має швидкість робочого ходу 15мм/с. Із заготовки діаметром 40 мм прямим засобом видавлювали образи із ступенем деформації

40%. Із таких заготовки одержували стандартні образи на розтяг з діаметром робочої частини 5мм.

Режими інтервалу температур 600...800° С, які досліджували можна розподілити на три групи:

1 .Пластична деформація прн температурах , ннжчих критичної точки Аі;

2.Пластична деформація із течею фазових утворювань у інтервалі температур А,-А,;

3.Пластична деформація при температурах вите критичної точки Аз.

Процес деформування за першим режимом збільшення температури приводить до зниження міцністі та підвищення пластичності виробів за рахунок процесах повернення та рекристаг.изації, які відбуваються. Характерною особливістю другого режиму є істотне підвищення міцністі після видавлювання у порівнянні з деформацию по першому режиму. Після деформації при 800° С сталей 5ХЗБЗМФС та 7X3 у аустенітно-ферітном стані Оо. г збільшилося відповідно на 180 та 1 ЮмПа у порівнянні з видавлюванням при 600° С, причому пластичність тут незначно знижується та залишається на достатньо високому рівні (4^=30.. .40%).

Виконані микроструктурні дослідження та їх аналіз показують, що одержання високих міцних та пластичних властивостей статей після напівгорячої штамповки у аустенігно-ферітному стані при оптимальній температурі досягає за рахунок сформованої у процесі деформаиії мілкочерністої перлітно-ферітної структури, що має дисперсні, сфероідізовані та орієнтовано розміщені карбідні частки у перліті та тонку субзерену структуру у феріті. С . ктурні зміни поготів чималі, чим більше легована сталь. Одержана внаслідок напівгорячої деформації раціональна структура сталей стійка, вона успадковується при нагріванні під термічну обробку та виявляє позитивний вплив на властивості після термообробки.

Розділ 5. Експериментальне дослідження розподілу плакуючого шару при видавлюванні порожнин у біметалевій заготовці. Технологічний процес, який пропонує одержання біметалевих матриць, що пропонує та передбачає видавлювання гравюри у складовій циліндричнії заготовки, яка складається із основи із соосної порожнин, у яку вставлено циліндричний вкладиш. Процес фор-мозмінюваїшя такої заготовки характеризується нерівномірністю деформації, внаслідок чого розподіл плакуючого шару є нерівномірним. Ця нерівномірність залежить від режимів технології, а також від геометричних розмірів вкладишу (плакуючого шару ) та обо.іми (основного матеріалу). •

Експериментальні дослідженая по вибіру мінімальних розмірів вкладишу та достатньої для експлуатації товщини плакуючого шару виконані з математичним плануванням. В основу незалежних змінних обрано: відносна товщина ВКЛаДИШу - Ьвхлмипіу і Ьпорожлюї? ЙОГО ВІДНОСИНИ ДІаметр - (Іциадішг;Мкрпстині

співвідношення міцності компонентів біметг ту при температурі 700° С - бБ ІШ. ,-ошп /б, оРіпмн, а також температура нагріву заготовки. Залежною змінною с мінімальна товщина плакуючого шару, іцо одержується після видавлювання. Інтервали варіювання обрано за результатами проведених раніше експериментів та результатів аналізу конструкцій робочих деталей штампів та даних про зношеність їх гравюри. У вигляді матеріалу обойми використалася сгаль 40Х, а для вкладишу 40Х та 4Х5МФС. Варіювання перших двох чинників здійснювалося зміною розмірів вкладишу. ’

Видавлювання здійснювалося одним пуансоном діаметром 30 мм на гли-бниу 20 мм у заготовці з зовнішнім діаметром 70 мм та висотою 40 мм, що мають вкладиш з розмірами . діаметр 54 мм та 36 мм, висоту 32 мм та 10мм. Штамповка здійснювалася на кривошипному пресі, підсиленням ЮООкН. Заготовка нагрівалася у електричній печі опору у деревному вугіллі для запобігання утворення окісної плівки на сполучних поверхнях вкладишу та обойми. Було становлено повний чопірьохфакторний експеримент, який включав 16 дослідів (кожний дослід повторювався 3 рази), з варіюванням чинників на двох рівнях. Внаслідок обробки експерименту одержано рівняння регресії, яке показало залежність мінімальної товщини плакуючого шару у виробу у вигляді неповного квадратичного полінома, що адекватно описує експериментальні дані, зп'дпо якому і збільшенням всіх чинників мінімальна товщина плакуючого шару зростає. При цьому найбільший вплив на величину мінімальної товщини плакуючого шару виявляє товщина вкладишу, наименьшим - температура нагріву заготовки. Використовуючи одержану модель, було визначено співвідношення роз-' мірів заготовки, яке покладено у основу створеного засобу виготовлення біметалевих виробів.

Розділ 6. Проектування операцій видавлювання та освоєння технологічних процесів видавлювання біметалевих штампів. На основі результаті* виконаних досліджень розроблено методику автоматизованого проектування технології виготовлення видавлюванням біметалевих робочих деталей штампів. У основу алгоритму покладено математичну модель обчислення енергосилових параметри при видавлюванні порожнин циліндричним пуансоном, а також впроваджено підхід до обчислення підсилення видавлювання порожнин у двошаровій заготовці, складено із різноманітних матеріалів. Аспект, який лежить у основі методики є обчислення та рівняння розмірів вогнища деформації та зусиль, необхідних для деформування елементів біметалевої заготовки окремо та спілі,но із зворотним видавлюванням та впровадженням пуансона у напі.іпростір на етапах переміщування пуансона. Вихідними даними для проектування є: розміри елементів заготовки, інструменту та порожнин, коефіцієнт тертя, апроксімація кривих зміцнення матеріалів заготовт ', швидкість руху по-взуна-преса та температура штамповки. Алгоритм проектування збудований та-

ким чином, що дня заданих умов обробки у автоматичному режимі визначаються розміри вогнища деформації, засіб деформування, що деформуе зусилля та величину зсуву плакуючої частини заготовки на егапах деформування із заданим кроком переміщування пуансона. Розрахунки ведуться до тих пір, іоки глибина впровадження пуансона у плакуючу частину не досягне величини рівної глибині порожнин деталі. Результати розрахунків вводяться у вигляді таблиці значень зусиль, що деформують, глибини порожнин та величини осьового зсуву плакуючої частини для всіх етапів деформування. Після оцінки результатів проектування може бути продовжено з метою пошуку найкращих параметрів технології. При цьому параметрами, що управляються є розміри елементів біметалевої заготовки, умови контактного тертя, температура та швидкість деформування. Результати, одержані у роботі, покладено в основу розроблених та освоєних технологічних процесів виготовлення біметалевих штампів. Для метизного виробництва спеціальних болтів М24.

У процесі виготовлення дослідної партії перевірялися теоретичні рішення, різноманітні підходи у вмбіру пар сталей біметалу, режими деформації ' та термообробки. Досліді взірці біметалевих пуансонів перевірили на стійкісшім іспитам у серийному виробництві заготовки метізів.

' Нова технологія передбачає видавлювання у режимах налівгорячої обробки, що дозволяє одержати точність геометричних розмірів у межах 1 Іквалітета та шорсткість поверхні у межах Я,» 0.8мкм; виключаючи наступну доводку гравюри слюсарною обробкою. Стійкість біметалевих пуансонів у порівнянні із пуансонами, які застосовуються у виробництві із сталі 7X3 підвищилася у 1,5...2 разів. Для висадочного виробництва ВО "Верстагобудівельннй завод" м.Луганська розроблено та завпроваджено технологію виготовлення біметалевого штампового інструменту. •

Технико-економічні показники нових технологій : зменшення видатку дорогої штампової сталі у 5...7 разів, зниження трудоємкості виготовлення штампового інструменту у 5...8 разів, підвищення стійкості його у 2...4 раза.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1.Установлений механізм деформації при видавлюванні порожнин у біметалевій заготовці з боку розміщення плакуючого шару, що має міцність більше, ніж основа. Залежно від співвідношення опору деформації частин заготовки можливі дві схеми течії: без осьового зсуву та зі зсувом плакуючої частини у напрямі руху пуансона. При деформуванні без осьового зсуву на протязі всього процесу відбувається формоутворювання порожнин у плакуючій частині з деформаціїю або тільки у плакуючій частині, або обох частин заготовки спільно.

2.Виконаний теоретичний аналіз енергосилових та кінематичних параметрів у процесі утвердження порожнин впровадженням циліндричного пуансона у напівнескінчену заготовку. Одержано формули для розрахунку зусиль впровадження циліндричного пуансона у напівпросгір та зворотного видавлювання циліндричних порожнин, у яких зусилля пов'язано з розмірами порожнин та інструменту, опором деформації матеріалу та коефіцієнтом контактного тертя.

3.Розроблено методику обчислення зусилля формоутворюпапня порожнин складової біметалевої заготовки, шо врахує засіб деформування, схему течії та зміцнювання елемеїпів біметалу, шо дас відхилення у результатах розрахунку та експерименту не більш 14%.

4.Визначено режимч напівгарячого видавлювання сталей 5ХЗВЗМФС, 4Х5МФС, 7X3, шо забезпечують одержання високої міцністі та пластичністі. Показано, шо це досягається деформуванням у інтервалі температур фазових перетворювань за рахунок сформованої у процесі деформації дрібнозернистої перлітно-ферітної структури, ніо мас дисперсні рівномірно розподілені, сфе-роідізовані та орієнтовано розміщені карбідні частки у перліте та тонку субзе-рену структуру у феріті. Структура стійка, вона успадковується при нагріві під термічну обробку та виявляї позитивний вплив на властивості термообробленої сталі.

5.0держано рівняння регрссії, яке виявляє залежність мінімальної товщини плакуючого шару у порожнистих біметалевих виробах, одержаних . видавлюванням від розмірів плакуючої частини заготовки та порожнин, співвідношення міцності компонентів біметалу та температури нагріву заготовки. Знайдено співвідношення розмірів заготовки, що покладено в основу створеного засобу виготовлення б;металевих виробів.

6.Розроблено метелику автоматизованого проектування операції видавлювання порожнин у біметалевій заготовці, що дозволить визначити на етапах обробки основні характеристики пронесу (засіб деформування, схему течії, зу- • силля, величину зсуву плакуючої частини), виробляти корегування параметрів технології та здійснювати вибір найкращих їх значень для конкретних умов виробництва.

7.Розроблено та впроваджено матеріало- та енергосберігаючі технологічні процеси виготовлення видавлюванням біметалевйх робочих деталей штампів для висадочного виробництва. Нові технолг; ії забезпечують зниження видатків штампової стали у 5...7 разів, 5-8 кратне підвищення продуктивністі у інструментальному виробництві, збільшення стій кісті робочих деталей штампів у 2...4 раза за рахунок застосування надтривких сталей для плакуючої о шару та міцністі матеріалу внаслідок мапівгарячої деііюрмації.

. Основні положення дисертації викладені у роботах

1. Дорошко В. И., Семеняка Л. И. , Дубасов В.М. Исследование выдав ливания гравюр биметаллических штампов / / Вестник Восточноукраинско' го государственного университета. Серия машиностроение.- 1996. - с. 5& 52. •

2. Дорошко В. И., Дубасов В. М. Алгоритм расчёта параметров технологии вылавливания биметаллических рабочих деталей штампов. // Вісни» Східноукраїнського державного університете. Ресурсосберігаючі технології одержаним та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні,- 1997,- N 1 (5). с.161.

3. Дорошко В. И., Дубасов В. М. Определение усилия образования полости внедрением цилиндрического пуансона в полубесконечную заготовку. // Вісник Східноукраїнського державного університете. Ресурс ос бе-рігаючі технології одержання та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні,- 1997,- N 1 (5). с.44.

4. Дорошко В.И., Карташова Л.І І., Дубасов В.М. Исследование влияния полу горячей пластической деформации на структуру и свойства легированных сталей. // Вісник Східноукраїнського державного університета. Ресурсосберігаючі технології одержання та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні,- 1997.-К 1(5). с.28.

5. Патент 17078А, Украина, МКИ В 21 К5 7 20. Спосіб виготовлення біметалевих виробів / В. 1. Дорошко, Л. І. Карташова, Л. 1. Семеняка, В. М. Дубасов (Ухраіна). - Заяв. 27.11.95., Опуб. 18.03.97.

6. Дорошко В. И., Дубасов В. М. Исследование энергосиловых параметров при выдавливании полостей в биметаллической заготовке. /Восточноукраинский государственный университет. - Луганск, 1997, -- 19 с. : ил. —, Библиограф.. 9 назв. - Рус. Деп. в УкрИНТЭИ. 13.01.97. №21 -У197.

АНОТАЦІЯ

Дубасов В. М. Розробка та дослідження технології’ одержания біметалевого штампового формоутворюючого інструменту методом пластичного деформування.- Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.05. - процеси та машини обробки тиском, Східноукраїнський державний університет, Лугшськ, 1997. '

Захищаються 5 наукових праць та 1 патент, які містять в собі експериментальні дослідження деформованого стану та форми вогнища деформування у.

іронесах видавлювання порожнин у біметалевих заготовках теоретичні дос-іджсння енергосилових, кінематичних параметрів та зусилля прн видавлюванні юрожннн у біметалевій заготовки. Виконано дослідження фізико-механичних ластивостсй та структури металу елементів біметалевих деталей штампів після іапівгарячого видавлювання та термічної' обробки. Знайдено економічні засоби ідержання надійного сполучення елементів біметалу з рівномірним розподілом [лакованого шару. На підставі результатів дослідження разроблено методику івтоматнзованого проектування операцій видавлювання та освоєно технології іидавлюваїїня біметалевих штампів.

Ключові слова: біметал, штамп, напівгаряче видавлювання, вогнище де- • [юрмування, порожнина, енергосилові параметри, плакуючий шар, термічна ібробка, механічні властивості, ресурсозберігання.

АННОТАЦИЯ

Дубасос В.М. Разработка и исследование технологии получения биметал-іического штампового формообразующего инструмента методом ллгстическо-•о деформирования,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по :пецнальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением, Восточноукраинский государственный университет , Луганск, 1997.

Защищаются 5 научных работ и 1 патент, которые содержат в себе экспе-жмснтальные исследования деформированного состояния и формы очага де*, формации в процессах выдавливания полостей биметаллических заготовках ■еоретические исследования энергосиловых, кинематических параметров и уси-шя при выдавливании полостей в биметаллической заготовке. Выполнено исследование физико-механических свойств и структуры металла элементов биметаллических деталей штампов после полугорячего выдавливания и термиче-:кой обработки. Найдены экономические способы получения надежного соеди-іения элементов биметалла с равномерным распределением плакирующего ;лоя. На основе результатов исследования разработана методика автоматизиро-іанного проектирования операции выдавливания и освоены технологии выдав-I и ван ия биметаллических штампов.

Ключевые слова: биметалл, штамп, полугорячее выдавливание, очаг де-[юрмации, полость, энергосиловые параметры, плакирующий слой, термнче-:кая обработка, механические свойства, ресурсосбережения.

ANNOTATION

Dubasov V.M. Development and investigation of the tehnology of producing bimetallic forming die tools by plastic deformation.- Manuskript

The thesis on competition of Candidate Science Degree on a speciality 0s.03.05

• Processes and equioment of plastic metal working. East-Ukrainian State University, Lugansk. 1997.

Five scientific works and one patent are presented to defend a thesis. The papers contain the experimental investigation of strain state and deformation site shape as well as the theoretical study of the power-force parameters, kinematic conditions and forces in the process of cavity extrusion in the bimetallic blank. The study of physical-mechanical forming die tools parts’ elements has been carried out after semi-hot extrusion and heat treatment. The economical methods of producing a reliable joint of bimetal’s elements with clad layer uniform distribution have been found. On the base of the investigation results extrusion operations has been developed and the extrusion tehnologies of bimetallic forming die tools have been introduced to the manufacture.

Key words: bimetal, forming die tools, semi-hot extrusion, deformation site, .cavity, power-force parameters, mechanical relations, mechanical form, heat treatment, energy saving.

Підписано до друку 1.09.97. Формат 60x90 1/16,1 д.а. Тираж 100 екз. Заказ № 354

Ротопрінт СУДУ, 348034,м.Луганськ, кп Молодіжний, 20-а