автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка процесса холодной деформации прутков на радиально-ковочной машине со сложным движением инструмента

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ДРОБНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРУТКОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ РАДИАЛЬНОГО ОБЖАТИЯ

1.1 Известные способы дробного деформирования прутков.

1.2 Обзор теоретических исследований процессов радиального обжатия прутков

1.3 Постановка задачи исследования.

ВЫВОДЫ.^.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБЖАТИЯ НА РАДИАЛБНО-КОВОЧНОЙ МАШИНЕ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА

2.1 Выбор метода теоретического исследования

2.2 Определение закона движения инструмента

2.3 Обоснование расчетной схемы и определение геометрии очага деформации.

2.4 Определение напряженного состояния и энергосиловых параметров—

2.5 Определение скоростных параметров в очаге деформации

2.6 Определение степени использования ресурса пластичности.

ВЫВОДЫ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ОБЖАТИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ.

3.1 Исходные данные и диапазоны изменения параметров.

3.2 Построение зависимостей влияние условий обжатия на механические переменные очага деформации при ковке на машине АУ8.

ВЫВОДЫ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЖАТИЯ НА РАДИАЛЬНО-КОВОЧНОЙ МАШИНЕ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК.

4.1 Экспериментальное исследование процесса радиального обжатия на машине АУ8.

4.1.1 Задачи экспериментального исследования.

4.1.2 Определение распределения твердости по Виккерсу на поперечных шлифах деформированных заготовок.

4.1.3 Исследование механических свойств и структуры деформированных заготовок из различных сталей и сплавов

4.2 Разработка новых технологий холодного деформирования заготовок.

4.2.1 Разработка технологии деформационного упрочнения тяжелых сплавов с повышенным уровнем физико-механических свойств

4.2.2 Разработка технологии изготовления заклепочной проволоки из алюминиевых сплавов с применением для деформирования прутков машины AVS.

4.2.3 Возможные направления использования в производстве радиальноковочной машины AVS.

ВЫВОДЫ.

Основным направлением развития современной металлообрабатывающей промышленности является внедрение ресурсосберегающих и малоотходных технологий. Актуальной задачей является разработка машин для обработки металлов давлением, позволяющих обрабатывать заготовки из различных, в том числе, труднодеформируемых сталей и сплавов, за минимальное число технологических переходов, при этом, после обработки заготовки получают заданный, высокий уровень физико-механических свойств [1,2,3,4]. Эти машины относятся к установкам для получения высоких обжатий с периодическим приложением деформирующего усилия (дробного обжатия). Создание новых технологических линий на базе таких машин позволяет сократить производственные площади и эксплуатационные расходы, существенно снизить расход металла, энергии, топлива, повысить производительность труда.

Актуальность задачи создания высокоэффективных технологий обработки металлопродукции, которые позволяют получать качественные изделия с заданными свойствами, особенно возросла в настоящее время, при переходе к производству меньших объемов продукции, при этом, более высокого качества и лучших технологических характеристик. Положение дел усложняется еще и тем, что наиболее совершенные из класса машин дробного обжатия - радиаль-но-ковочные сейчас за рубежом не закупаются, а отечественная промышленность, в настоящее время, практически их не производит. Решение проблемы видится не только в создании новых машин, но и в модернизации и использования существующего парка установок и их адаптации для разработок новых обрабатывающих технологий.

Целью настоящей работы является:

1. Разработка высокоэффективных технологий и определения параметров оборудования холодного деформационного упрочнения и больших единичных обжатий различных, в том числе, труднодеформируемых компактных и спеченных (композиционных) материалов для получения изделий с высокими заданными физико-механическими свойствами.

2. Исследование процесса и оборудования для холодного радиального обжатия на радиально-ковочной машине со сложным движением рабочего инструмента.

Анализ известных способов и устройств дробной деформации прутков показал, что наиболее эффективной машиной, на которой возможно проводить холодную деформацию заготовок из различных, в том числе труднодеформи-руемых материалов, является радиально-ковочная машина для заковки концов труб модели АУ8, на которой реализуется сложное движение деформирующего инструмента по дуге заданного радиуса.

С использованием теории пластичности, обоснованных экспериментальным путем допущений, анализа известных теоретических решений и методов решения задач обработки давлением разработана математическая модель процесса радиального обжатия со сложным движением инструмента. Созданная математическая модель включает определение закона движения инструмента, геометрии очага деформации, напряженного состояния, скоростных параметров очага, степени использования ресурса пластичности, энергосиловых параметров.

Проведенная численная реализация, полученной математической модели, позволила построить зависимости механических переменных от условий обжатия на машине АУБ, которые позволяют определить параметры оборудования и осуществить рациональное построение технологических процессов деформирования.

Результаты экспериментальных работ по исследованию процесса радиального обжатия на машине АУ8 были использованы для принятия основных допущений и подтвердили адекватность разработанной математической модели ее реальному прототипу. Совместно с итогами теоретических исследований, экспериментальные работы были положены в основу разработанных новых технологий холодного деформирования компактных и спеченных материалов.

Научной новизной работы является:

1. Создание математической модели процесса обжатия на радиально-ковочной машине со сложным движением инструмента, позволяющей определить закон движения инструмента, геометрию очага деформации, напряженное состояние, скоростные параметры очага, энергосиловые параметры процесса, степень использования ресурса пластичности.

2. Получение, на базе исследования влияния условий обжатия на механические переменные очага деформации, зависимостей дающих возможность определить параметры и состав оборудования, а также, осуществить рациональное построение технологических процессов обжатия на радиально-ковочной машине со сложным движением инструмента.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математическая модель процесса деформации на радиально-ковочной машине со сложным движением инструмента, позволяющая определить напряженное состояние металла, энергосиловые параметры процесса, скоростные параметры очага деформации, степень использования ресурса пластичности.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований зависимостей механических переменных очага деформации от условий обжатия.

3. Новые технологии холодного деформирования компактных и спеченных материалов на основе использования радиально-ковочной машины со сложным движением рабочего инструмента.

Результаты работы были внедрены при изготовлении опытно-промышленных партий заготовок из тяжелых сплавов на Кировградском заводе твердых сплавов и предприятии "Тантал", получены акты испытаний, справки об экономической эффективности, акты внедрения со специальным эффектом.

Работа по созданию технологии изготовления заклепочной проволоки, с использованием радиально-ковочной машины, проводилась совместно и по условиям АО "КУМЗ". Возможность изготовления заклепочной проволоки по но7 вой технологии подтверждена заключением специальной экспертизы, проведенной в НИОМет АО "УЗТМ".

Работа по исследованию деформирования заготовок после машины непрерывного литья вошла в "Комплексное технологическое задание" и в технико-экономическое обоснование реконструкции Нижнесергинского металлургического завода.

Разработанный способ консервации труб с внутренним кольцевым оребре-нием вошел составной частью в техническое задание и рекомендации по ведению процесса производства труб с оребрением, переданным для внедрения на АО "ПНТЗ".

ВЫВОДЫ

1. Максимальная глубина залегания поверхностных дефектов на кованной проволоке из сплавов Д-16 и 2-65 не превышает 0,3 мм

2. Кованная проволока имеет хорошо проработанную, мелкозернистую структуру , без нарушения сплошности материала в центральной зоне поперечного сечения.

Величина сопротивления срезу на закаленной и естественно состаренной проволоке из сплава В-65, полученной методом холодной ковки на радиально-ковочной машине , соответствует ГОСТ 14838-78.

Заведующий НИОМет НИИТШШАШа ПО "УРАЛМАПГ И

Л.Ф.ТАРАСОВ

НИОМет НИИТЯЖМАШа ПО "УРАЛМАПГ

Старший научный сотрудник

А.К.РОСЛИК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведен анализ известных способов и устройств дробной деформации заготовок и показано, что наиболее эффективным методом холодной деформации заготовок, в том числе, из труднодеформируемых материалов, обеспечивающим получение высокого уровня физико-механических свойств, является радиальное обжатие со сложным движением инструмента на машине АУ8.

В ходе теоретических исследований с использованием теории пластичности и, обоснованных экспериментальным путем, допущений разработана математическая модель процесса радиального обжатия на машине АУБ, включающая определение закона движения инструмента, геометрии очага деформации, напряженного состояния, скоростных параметров очага, степени использования ресурса пластичности, энергосиловых параметров.

Численная реализация математической модели позволила определить зависимость механических переменных от условий обжатия на машине АУ8. Построенные зависимости позволяют определить параметры оборудования и осуществить рациональное построение технологических процессов обжатия на ра-диально-ковочной машине со сложным движением инструмента.

Экспериментальные исследования процесса радиального обжатия на машине АУ8 были использованы для принятия основных допущений и подтвердили адекватность разработанной математической модели ее реальному прототипу. Созданные при выполнении работы: способ упрочнения заготовок из тяжелых сплавов на основе вольфрама, способ получения заклепочной проволоки из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, технология деформирования заготовок после МНЛЗ, способ консервации труб с внутренним оребрением дают при их использовании существенные преимущества по сравнению с аналогами.

149