автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка температурно-кинематических параметров процесса прессования труб из алюминиевых сплавов в условиях активного действия сил трения

На правах рукописи

- 9 ИЮЛ 1337

ЗУБАРЕВА ЛАРИСА ВАСИЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕМПЕРАТУГНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ 113 АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ АКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ СИЛ ТРЕНИЯ

Специальность 05.16.05-"0браб<тса металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени, кандидата технических паук

Мое ««а- 1ЯЯ7

Работа выполнена в Московском Государственном институте стали и сплавов (Технологическом Университете)

' Научные руководители: доктор техдических наук, профессор Щерба В. Н. кандидат технических наук, доцент Саиусев С. Н

Официальнь-е оппоненты: проф., д. т. н. Галкин Александр Михайлович,

старший научный сотрудник, к. т. н. Вайнпрес Леонид Владимирович.

Ведущее предприятие: АО Ступинский металлургический комбинат ( СМК ).

Защита диссертации состоится "2.0' С/АОМ/? 1997 г в. го часов на заседании диссертационного совета К 053.08.02 в Московском Государственном институте стали и сплавов (Технологическом Университете), 117936, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4, ауд. 436.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке Московского Государственного института стали и сплавов.

Автореферат разослан ¿О*.

Л^аЛ_1997

года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Чиченев К А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ :

Актуальность работы

Повышение качества выпускаемой продукции является основной ..ада-чей промышленных предприятий Российской Федерации, особенно в настоящее время, когда многочисленные конкурирующие зар) нежные фирмы и организации и заполняют рынок изделиями с повышенным' качеством внешней поверхности, используя при этом современные защитные и декоратир ые покрытия.

Однако такие изделия не обладают однородной структурой и свойствами, что очень важно для труднодеформируемых алюминиевых сплавов специального назначения.

Одним из наиболее перспективных направлений в решении этой задачи является разработка и промышленное освоение принципиально новых технологических процессов, предусматривающих не только интенсификацию технологических процессов, но и управление ими, что обеспечивает условия для формирования заданной структуры и свойств.

Для изготовления деталей машин и агрегатов ответственного назначения все большее применение получают материалы, обладающие максимальной удельной прочностью при небольшой их плотности. Такими показателями обладают изделия из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, получаемые прессованием, хотя они отличаются небольшим ресурсом пластичности, деформируются с низкими скоростями, а структура и свойства их чрезвычайно чувствительны к условиям деформации.

Технология получения из этих сплавов изделий ответственного назначения. в частности труб, должна обеспечить формирование однородной мелкозернистой регламентированной (нер -кристаллизованной или рекристаллизованной) структуры полуфабрикатов с высоким уровнем механических свойств.

Решение этой задачи требует детального изучения закономерностей течения металла и особенностей формирования его структуры при разных условиях деформации. :

Цель работы и задачи исследования

Целью'данной диссертационной работы является определение технологических режимов на основе, углубления исследований процессп прессования труб с активным действием сил трения (АДСТ) как в модельных, так и в промышленных условиях на прессах принципиально ноной конструкции, имеющих жесткую гидравлическую связь приводов ( ЖГСП ) перемс-шепшт контейнер«,

пресс-штемпеля и иглы, изучение влияния относительной скорости движения иглы на ряд показателей качества труб, а также установление основных энергосиловых зависимостей процесса по ходу прессования на прессах с ЖГСП для определения условий работы инструмента.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие

задачи:

- исследовать особенности характера течения термонеупрочняемых сплавов АД1 и АМгб с различными реологическими и адгезю шыми свойствами в лабораторных условиях;

- провести анализ напряженно-деформированного состояния заготовок из вышеуказанных сглазив с учетом истории нагружения по изменению интенсивности деформации ц; компонент деформации и касательных напряжений;'

- выявить целесообразность использования малых скоростей перемещения иглы по отношению к скорости перемещения пресс-штемпеля в целях повышения качества труб за счет снижения неравномерности деформаций;

- проверить результаты исследования по температурно-скоростным режимам прессования труб с АДСТ из труднодеформируемого термоупрочняемого ■ справа ДЮ, позволяющим получать изделия с высокими механическими свойствами и повышенной геометрической точностью в промьгпленных условиях на реконструированном прессе П1680;

- исследовать закономерности формирования мийро- и макроструктуры при различных режимах реализации АДСТ.

Научная новизна

Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния ни пяти этапах квазиустановившейся стадии прессования двух сплавов, на основе построения эпюр распределения компонент и интенсивности деформации с^ с, и ь,.

На основе анализа искажения координатных сеток при пятистадийном прессовании в условиях АДСТ из сплавов АМгб и АД1, имеющих различные реологические и адгезионные свойства, сделан вывод о целесообразности управления течением металла при деформировании заготовок из сплавов с повышенной скоростной чувствительностью типа сплава АМгб.

Изучены количественные характеристики НДС заготовок при АДСТ, которые позволяют оценить по градиенту изменении щ объемный эффект активного действия сил трения.

На основе экспериментального исследования течения металла обоснована рекомендация о необходимости понижения величины кинематического коэффициента на игле Ку2 = \'и/Уи ( Уи-скорость перемещения иглы, уп-ско^ость перемещения прессштемпеля) до 1,01-1,05 (малое значение),'обеспечивающего повышение качества поверхности труб без снижения уровня механических свойств.

Практическая ценность и реализация результатов работы

На основе комплекса выполненных экспериментов получены оптимальные температурно-скоростные режимы прессования труб из сплавов АД1 и АМгЗ, применительно к реконструированному под АДСТ прессу модели 111680 усилием 16 МН.

Рекомендованные режимы позволяют получать трубы с высоким уроп-йсм механических свойств, превышающем требования Государственных стандартов, регламентированной структурой и более точной геометрией.

Проведена классификация технологических режимов прессования по температурам,. кинематическим режимам Ку^, 1{уг и Куз, выраженные соотношениями скоростей перемещения контейнера, прессштемпеля и иглы. Определены области целесообразного использования процесса прессования с АДСТ для сплавов с различными адгезионными и реологическими свойствами.

Апробация результатов работы

Материалы работы доложены на научной конференции "МЕТАЛЛЭКСПО 96" и на 50-ой юбилейной научной конференции студентов и аспирантов МИСиС.

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 5-ти печатных работах , список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, основных выводов по работе; изложена на страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, И таблиц, список использованных источников включает 80 наименований,'

ч

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ ИЗ ЛЕГКИХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Современное развитие производства прессованных профилей, прутков и труб направлено на совершенствование базовой технологии с целью повышения качества пресс-изделий аа счет разработки новых технологических режимов.

В нашей стране и за рубежом при прессовании большинства трудноде-формированных сплавов в основном применяется схема прямого прессования без применения смазочных материалов, при которой из-за сопротивляющегося действия сил трения происходит постоянное изменение контактных условий и условий течения металла. Для труднодеформируемых алюминиевых сплавов это приводит к ограничению предельных скоростей истечения, небольшому выходу годного из-за неравномерного течения металла и неравномерному распределению физико-механических и других эксплуатационных свойств по объему пресс-изделий.

Частично эти недостатки устраняются посредством изменения контактных условий взаимодействия заготовки с инструментом, например, при обратном способе прессования, который позволяет:

- повысить скорости истечения металла;

-. снизить усилия прессования;

- обеспечить формирование однородной структуры с равномерным распределением механических свойств по длине пресс-изделий без формирования крупно-кристаллического ободка (ККО) и др.

Однако, при этом необходимо учесть, что обратный способ имеет и недостатки, в частности, ограничение номенклатуры изделий по сравнению с'пря-мым способом, худшее качество поверхности пресс-изделий.

Для решения проблемы интенсификации процесса и управления качеством пресс-изделий Я.М. Охрименко, В. Л. Бережным, В. К Щербой и Б. С. Морозом были предложены схемы прессования с активным действием сил трения (ПАДСТ) для практической реализации процесса. При этом способе прессования имеет место однонаправленное перемещение в сторону истечение металла контейнера и пресс-штемпеля с разными скоростями, когда скорость движения контейнера больше, чем скорость движения пресс-штемпеля. В результате »того силы трения увлекают аа собой контактные слои слитка и тем самим уменьшают неравномерность скоростей между центральными и периферийными его слоями.

Процесс прессования труб существенно отличается от прессования сплошных пресс-изделий.

Важной задачей в технологии прессования труб является обеспе' гние полезного действия сил контактного трения как со стороны контейнера, так и со стороны иглы. Такие условия обеспечиваются пр1 одновременном движении с разными скоростями пресс-штемпеля, контейнера и иглы.

Вследствие активного воздействия сил внешнего • тренич на периферийную часть заготовки при одновременном движении пресс-штемпеля и контейнера перепад скорости течения между центральными и периферийными слоями заготовки вблизи матрицы может быть существенно уменьшен, что позволяет значительно снизить неравномерность деформаций и неравномерность распределения механических свойств по сечению пресс-изделий. >

Интенсивность периферийного течения при АЙСТ труб во многом зази-сит от соотношения скоростей перемещения контейнера и пресс-штемпеля, характеризуемого величиной кинематического коэффициента- К*1= Уц/Л',,, ц старый всегда больше 1. Кинематический коэффициент Ку2= Vx/Vп (Ук, Уп и Уи-скороста перемещения контейнера, прессштемпеля и иглы соответственно) характеризует степень опережения иглой пресс-штемпеля во время рабочего хода.

В ранних работах на основании анализа схем прессования труб с различным сочетанием активного и сопротивляющегося действия сил трения были установлены условия прессования, обеспечивающие снижение неравномерности • деформации и увеличения степени проработки структуры (Куг=1,1-1,2). Однако в модельных исследованиях стабилизировать величину на указанном уровне не удалось, и она изменялась в пределах от 1,0 до 1,4. Конструкция установки и инструментальной налг.щеи позволяла достигнуть заданного значения Ку{ только на части квазиустакоаившейся стадии.

На основании этого был сделан вывод о целесообразно"™ разработки гидравлической схемы, обеспечивающей принудительное опережающее перо-мещение иглы по отношению к прессштемпелю на всех стадиях процесса. Тогда же был_ сделан вывод о целесообразности разработки гидравлической схемы, обеспечивающей принудительное опережающее перемещение иглой прессштемпеля на всех стадиях процесса.

Дальнейшее исследование процесса в промышленных условиях на АО "КРАМЗ" в 1093 году показало, что при условии стабилизации К*2 сразу же после роспрессовки заготовки на .'¡«данном уровне значений згой величины можно г:мачитедьно снизить. Экспериментально'* исследопаш-ч показа.'о, чтч

(

достаточно условий малых перемещений иглы, чтобы сохранить тот же эффект течения металла, что и при больших перемещениях иглы за счет повышения степени реализации активного действия сил трения. Такой эффект достигается

при определенных температурах нагрева заготовки и контейнера и скорости

! ' прессования.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ С АДСТ

Для модельных исследований процесса прессования труб с активным действием сил трения была использована реконструированная лабораторная установка с мсхано-гидравлической связью, смонтированная на базе гидравлического пресса модели ДБ2432А усилием 1,6 МН, позволяющая осуществлять прессование труб прямое, обратное и с активным действием сил трения с различными кинематическими режимами движения прессштемпеля, контейнера и иглы: \Гк=0-, Ук=Уп; \к>Ув; \'и=Уп; Уп<Уи<Уист.

Установка обеспечивает создание на внешней поверхности трубной заготовки активных сил трения за счет опережающего движения контейнера относительно пресс-штемпеля (Ук>Уп).

Регулирование скорости перемещения контейнера относительно пресс-штемпеля осуществляется путем регламентации вытеснения жидкости через дроссель из дополнительного цилиндра, установленного на подвижной траверсе, в магистраль низкого давления.

В процессе прессования игла увлекается силами трения прессуемого металла, возникающими в обжимающей части пластической зоны (ОЧПЗ) и перемещается с переменной скоростью по х< ду процесса, постепенно увеличиваясь от скорости прессования до скорости истечения металла. При этом на поверхности заготовки создаются силы трения активного действия, наводимые на внутренней поверхности заготовки на участке от пресс-шайбы до границы зоны обжима. Реулирование скорости перемещения иглы (К\'г в пределах 1,01-1,05) относительно скорости перемещения пресс-штемпеля производится пружинным буфером, установленным на узле иглодержателя внутри полого пресс-штемпеля.

Для регистрации скоростей перемещения контейнера, пресс-штемпеля и иглы установка оснащена тремя ходографаии.

■ Усилия на пресс-штемпеле и матрице в процессе прессования определялись с помощью двух месдоз, находящихся под млтрицедержателем и пресс-штемпелем.

Нагрев контейнера до температуры 450 °С и выше обеспечивался печью сопротивления с нихромовой спиралью, помещенной в керамические изоляторы и установленной внутри контейнеродерзкателя.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ПРЕССОВАНИИ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ' РАЗЛИЧНЫМИ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ И АДГЕЗИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

3.1. Методика проведения экснеримеитов

В качестве Испытуемых материалов были выбраны алюминиевые термо-неупрочняемые сплавы АД1 и АМгб с.различными адгезионными и реологическими свойствами.

Из анализа физико-механических свойств этих сплавов видно, что сплав АД1 относится к группе "мягких" сплавов и по химическому составу близок к . чистому алюминию. *

Сплав АМгб с носится к группе трудно деформируемых1 "твердых" сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец. Этот сплав склонен к скоростному упрочнению и имеет высокую коррозионную стойкость, в результате чего он широко применяется в промышленности. Оба эти сплава имеют различные реологические свойства.

С физической точки зрения при пластической деформации в условиях горячей обработки металлов давлением происходят два одновременно протекающих процесса- упрочнение и разупрочнение за счет протекания рекристаллизации, а следовательно, релаксации напряжений.

Так как эти процессы проходят во времени, то сопротивление деформации сплавов зависит от скорости деформации с.

Целый ряд работ посвящен экспериментальному исследованию сопротивления деформации и пластичности алюминиевых сплавов при различных тем-пературио-скоростных условиях деформации.

Сплав АД1 в диапазоне температур 20-200' С характеризуется значительным деформационным упрочнением.

С ростом температуры испытаний до 400-500' С опытные кривые проходят все с большим насыщением и при деформации £ боле 0,4 сопротивление деформации не зависит от степени деформации с.

Однако, для этого сплава с ростом температуры испытаний скоростное упрочнение расч ет . От мечено, что сопротивление деформации а падает при

1=500" С, а скоростной коэффициент кск достигает величины 2,06. Скоростной коэффициент кск определяется как .где а ^"'-напряжения при скорости деформации 1 с-1, а ст2овс-1- напряжения при скорости деформации 200 с'1. В диапазоне 200-40Р°С скоростное упрочнение остается неизменным и кск равен 1,5.

Кривые испытаний сплавов группы АМг имеют ярко выраженный максимум при е= 0,2-0,4, который с повышением температуры и жорости деформации смещается в область меньших с-епеней деформаций. 1 ростом скорости . деформации на кривых о-с все более заметно уменьшение значений при £>0,4.

В наиболее легированных сплавах этой группы, ( АМг5, АМгб ) наряду с упрочняющими фазами и А13Ге присутствует также фаза р (А12\^2),

которая, видимо, определяет уровень кривых при динамическом нагружении. Магний как основной легирующий элемент (Му>6%) оказывает наибольшее влияние на скоростное упрочнение алюминиевых сплавов в условиях горячей деформации.

С ростом температуры I испытаний скоростное упрочнение сплавов этой группы также растет и при (=450° С у сплава АМгб кск =3,07.

Это наивысший показатель скоростного упрочнения среди всех испытанных сплавав.

По адгезионным свойствам технически чистый алюминий устойчив по отношению к окислительным средам, так как он имеет непрерывную окисную , пленку,' образующуюся вновь на защищенных участках при воздействии кислорода, воды или других окислителей. Молекулярный объем окиси почти в 1,3 раза больше, чем объем алюминия, участвовавшего в реакции окисления. Поэтому поверхностный слой находится под действием сжимающих напряжений и быстро восстанавливается при повреждении. В атмосфере сухого кислорода толщина оксидной пленки, которая является функцией температуры, достигает предельной величины.

При более высоких температурах на алюминии и алюминиевых сплавах, в особенности легированных магнием и медью, образуется пленка более сложной, структуры.

В процессе модельных исследований по прессованию сплава АД1 были выбраны в зависимости от реологии следующие значения кинематических ко-

\

эффициектов: Kv^ 1,08-1,17 и Kv2= 1,01-1,05, близкие по значениям, вполнен-ным на реконструированном прессе П1680. -

Конструкция этого пресса обеспечивает автоматическое выполнение Kvi= 1,17 и регулируемое значение Kv2 от 1,17 до 1,01.

Такие параметры определены с учетом не» ¡ходимости обеспечения равномерного течения металла при прессовании труб и повышения точности геометрии труб. '

Для расчета напряженно-деформированного состояния использовалась программа "DEFORM" на объективно-ориентированном языке"Вог1апс1 Delphi" для оболочек сред "Win 3.1, Win 95".

3.2. Анализ особенностей течения металла при прессовании труб

Анализ особенностей процесса прессования труб в условиях двустороннего АДСТ выполнен на всех пятя этапах, охватывающих 3-ю стадию процесса прессования термонеупрочняемых сплавов АД1 и AMrG, имеющих различные реологические и адгезионные свойства (рис. 1).

Данное исследование предполагало выявление характерных особенностей течения металла вблизи границ контакта заготовки с контейнером и иглой по характеру изменения компонент й интенсивности деформации.

Особенно наглядно эти закономерности выявляются при анализе кривых .изменения осевых и радиальных компонент деформации в радиальном и осевом направлениях.

Количественными оценками деформированного состояния выбраны компоненты деформации сп уп и интенсивность деформации Ej.

Для получения полной картины течения металла и установления основных тенденций предложены эпюры распределения ятих компоне-'тов в поперечных сечениях заготовки (рис. 2) от начального да заключительного этапа прессования.

Днализируя эпюры распределения осевой компоненты деформации г.„ вблизи канала матрицы (см. рис. 2, б) от этапа к этапу можно сделать вывод, что сплав ЛМгб показывает более благоприятное,чем сплав АД1 распределение в направлении от контейнера к игле, т. к. большая часть слота вблти контейнера подвержена действию осевой деформации укорочения, а вторая половина вблизи иглы - деформации удлинения. ■ ' _

а-Вк=40мм; Ом=12мм; с1и=8мм; ?^=19А1к=1з=380 °С гк=1з=380 "С; Ку,=1,15; Ку,=1,05; Ку3=1,0% Уп=4+0,2 мм/с; ' б-Ш=40мм; Г)м=14мм; ёи=10им; Х=14; 1к=400 "С; 1з=450°С; К^=1,15; Кл'2=1,05; КуЗ=1,09; Уп-4+0,3 мм/с

Рис. 1

Эпюры распределении осевых компонент деформация е2' вблизи канала матрицы (а. 6), радиальных компонент деформаций г,(в, г) и интенсивности деформации Е| (л, <?) в поперечных селениях при прессовании труб из сплавов ЛД1 (а, в, д) и АМ16 (б, г, е)

»

на/прииа ^ [Г« !

1 1 1 [го^Т г 1

1111^

С

«¿Ж

п.

,Ж..1 + :г,..

К.__/-!'.'л?^:

У.-.уУ

Л

+

Рис. 2

У сцлава АД1 все слои вблизи канала матрицы имеют деформацию осевого удлинения, увеличивающуюся в направлении от контейнера к игле и от этапа к этапу.

Для получения полной картины течения металла в работе предложены эпюры распределения компоненты радиальной деформации е, вблизи канала матрицы, в середине заготовки и вблизи пресс-шайбы.

Слои металла, расположенные вблизи пресс-шайбы, испытывают у стенки контейнера радиальную деформацию укорочения ег , связанную с адгезионным воздействием заготовки со втулкой, контейнера. Остальные же слои имеют равномерное удлинение с максимумом в середине по длине заготовки и в центре по радиусу. Такая зависимость наблюдается вплоть до границы с каналом матрицы. На границе с иглой превалирует радиальная деформация укорочения, связанная со сжатием слоев при истечении металла в канал матрицы.

Для сплава АМгб распределение радиальной деформации ег в слоях, граничащих с каналом матрицы, благоприятно (здесь нет больших градиентов), что приводит к равномерному удлинению металла в направлении от пресс-шайбы к матрице. Причем радиальная деформация у сплава АМгб в 2,0-2,5 раза выше, чем у сплава АД1, что благоприятно влияет на проработку структуры заготовки сплава АМгб.

Распределение интенсивности деформации Е| по радиус^ контейнера представляет собой параболическую зависимость на начальном этапе прессования АМгб (рис 2, е) и выравнивающуюся к концу прессования.

Целесообразность снижения Куг для сплава АМгб показывает разница в величинах ег, подтверждающая интенсивной накопление объемного эффекта активного действия сил трения при переходе от стадии к стадии, что приводит к интенсивному течению слоев металла, прилегающих к каналу матрицы у иглы, способствующему увеличению неравномерности деформации.

Оставшаяся часть заготовки из сплава АМгб в конце прессования имеет более развитую по длине зону деформации осевого укорочения е, в близи иглы, распространенную на половину текущей. длины заготовки, что очень благоприятно, т.к. до окончания процесса прессования слои подвергаются деформациям интенсивного укорочения, переходящего только у канала матрицы в удлинение. ■

О неравномерности течения металла можно судить по показателям изменения интенсивности деформации, а именно, по градиенту интенсивности деформации в направлении от границы канала матрицы-к игле -А

По градиенту А можно судить также о нестационарности процесса, когда его величина для сплава АМгб на 1-ом этапе равна 22%, а затем постоянно уменьшается на протяжении двух стадий вплоть до Ъ%, что говорив о снижении неравномерности течения металла на утих стадиях Однако на завершающей стадии градиент снова незначительно увеличивается до 20%, что можно объяснить переменной скоростью движения свободноплавающей иглы.

Для сплава АД1 характер изменения градиента интенсивности деформации А отличается меньшим изменением интенсивности деформации, особенно на 4-оиэтапе, что объясняется различным адгезионным воздействием заготовки на' иглу, когда происходит проскальзывание иглы относительно прессуемой заготовки. В момент движения иглы на третьей стадии градиент Д уменьшается до 10%, а к концу 4 стадии он полностью устраняется (А=0%).

Течение металла на завершающем этапе для сплавов АМгб и АД1 мало чем отличается, что можно объяснить уменьшением эффекта активного действия сил трения

4. УСТАНОВЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ТРУБ С АДСТ НА РЕКОНСТРУИРОВАННОМ ПРЕССЕ МОДЕЛИ П1680

4.1. Проведение экспериментов па реконструированном прессе модели П1680 усилием 16 МП

4.1.1. Особенности конструкции пресса П1С80 с зависимыми приводами иресс-штемиелн, контейнера и иглы

В результате проведенных модельных исследований в лаборатории кафедры ОМД»ММСиС были сформулированы рекомендации о рациональности использования прессования с активным действием сил трения для группы сред-не-и высоколегированных алюминиевых сплавов, имеющих различные реологические свойства. ;

Это явилось основой для проведения ряда промышленных экспериментов по прессованию труб из термически упрочняемого сплава Д16, широко используемого в машиностроении

По характеру изменения сопротивления деформации а у сплава Д16 можно отметить, что его максимум расположен в области с=0,2-0,3. Это почти соответствует сплаву АМгб, где он менее выражен. Однако при .скоростях деформации £=]0 с"1 и ^=10(1 с"1 кривые лежат на одном уровне. Для сплава Д16

при 5=100 с"1 характерно особенно заметное разупрочнение в области больших деформаций (при 1=200-350 °С).

Сопротивление деформации сплава Д16, например, выше, чем у сплава Д1, так как с ростом содержания магния в сплавах этой группы всс больше образуется упрочняющая фаза 5 (А^СиМд), действие которой особенно заметно при высоких температурах и скоростях деформации. Скоростное упрочнение к„ у Д16 с ростом температуры увеличивается также как и у сплавйв АД1 и АМгб.

Поэтому можно рекомендовать ряд режимов прессования сплава АМгб для прессования сплава Д16 в промышленных условиях.

Данные исследования позвблили уточнить оптимальные энергосиловые и кинематические режимы АДСТ применительно к реконструированному прессу.

Реконструкция пресса П1680 (рис. 3) была выполнена по техническому заданию кафедры ОМД МИСиС в 1992-1993 гг с рекомендациями изменения в широком интервале ряда кинематических параметров.

После реконструкции пресс имеет оригинальную конструктивную схему, оснрву которой составляет расположенный внутри подвижной траверсы цилиндр подпора прессштемпеля, соединенный трубопроводами с двумя цилиндрами стабилизации скорости утапливания плунжера цилиндра подпора. Цилиндры подвода иглы' расположены внутри главного плунжера и траверсы пресса соответственно, 1 ■

Конструкция пресса надежно обеспечивает выполнение заданных кинематических режимов перемещения контейнера, пресс-штемпеля и иглы (Ку1 и Куг). Гидросхемой предусмотрено с помощью специально разработанного авто-, матического дросселирующего устройства изменение. соотношения скоростей подвижных элементов пресса в процессе прессования по заданному закону.

Конструктивная схема реконструированного трубного -ЬЪ

пресса для прессования с двусторонним активным действием сил трения

Рис. 3

¡.в

4.2. Анализ энерго-силовых и кинематических параметров процесса

Анализ энерго-силовых параметров процесса прессования выполнен по четырем характерным стадиям прессования. Типовая зависимость представляется характером изменения усилий по ходу процесса в случае, когда Иу1=Ку2 и Ку(»Ку2. Так для равенства Ку|=Ку2 в условия^ прессования, соответствующим традиционному процессу (со скоростью \п=2,5+0,1 мм/с и температурами 1л=360.-365...375 "С; (.к=345 °С) на 1 -ой стадии (ход Ш/Но=0,01) усилие на контейнере равно нулю (Рк=0), а на пресс-штемпеле чуть более 20% от номинального усилия пресса (Рп=3,5 МН).

. Для 2-ой стадии, соответствующей началу истечения металла в условиях активного действия сил трения, суммарное усилие достигает номинального значения при относительном ходе пресс-штемпеля Ш/Но=0,01 при этом большая доля деформации выполняется контейнером (Рк/Рп=20). Однако в процессе прессования работа, выполняемая контейнером^ постепенно уменьшается. Так на завершении второй стадии отношение Гк/Рп снижено до 7 ( 1Г|/Но=0,005, Рс=14 МН). '

Учитывая, что на протяжении всего процесса прессования происходит рост давления в цилиндре подпора, сопровождаемый вытеснением жидкости из цилиндра подпора в цилиндры стабилизации. Ото сказывается на повышении номинального усилия пресса, которое в процессе прессования увеличивается от 0,3 до 2 МН к концу процесса. Наличие дросселирующего устройства на магистрали прошивного цилиндра обеспечивает снижение Ку2 до заданной величины на рис. 4 ( с 1,17 до 1,05-1,08).

Дальнейшее снижение Ку2 до 1,01—1,05 позволило снизить суммарное усилие на 10-12 что объясняется повышением равномерности течения металла.

4.3. Анализ условий работы иглы в различных кинематических условиях

4.3.1. Закономерности изменения напряжения трения на контактных поверхностях заготовки с коптейя ром и иглой —

Использование больших значений (Ку2=1,17) без применения технологической смазки приводит к замегалливанию иглы.

Силовые и кинематические параметры процесса СПАТ труб

., я:=- -.№() "С, и> '.»5-395-380 «С, Ку,=Ку.=1,17; Ку-, 1; У1г2.7мм/с; 0. 1 и "345 «С, 1.-1-31)1 365-375 "с, Ку,= !,23; Ку2=1,03; Ку3-1,19; Уп^2.5мм/с

Рис. 4

В случае смазки иглы распределение напряжения трения на игле т„ и контейнера г„ в большинстве случаев имеют параболический характер. Установлено, что характер изменил тн и тк зависит'от темиературно-ск яростных и кинематических режимез прессования. Отмечено, что при значениях Ку1=Ку2=1,17 напряжения трения на игле ниже, по величине на всех стадиях, чем при меньших значениях (Ку^=1,05). Это объясняется проскальзыванием иглы из-за нанесенной, на нее смазки. .

4.3.2. Методика определения напряжения трения иа игле в области иластическон деформации

Для управления структурой и свойствами прессованных труб необходимо создать такие условия, при которых напряжения трения на контейнере и игле будут стабилизированы на одном уровне. Резкое увеличение значения т„ на заключительной стадии связано с уменьшением контактной поверхности заготовки и локализацией сдвиговой деформации в заготовке у иглы. При расчете ширины пояска канала матрицы необходимо учитывать, что за каналом матри- • цы на внутренней поверхности трубы будет действовать механическое трение, которое необходимо численно оценивать.

Согласно предложенной методике расчета напряжения тр ния необходимо расчитать ти на участке пластической деформации.

Для расчета компонентов деформаций использовалась методика экспериментального метода координатных сеток.

Расчет полей скоростей деформации в объеме заготовки позволил оценить величину и распределение касательных напряжений, действующих ка заготовке вдоль границ с инструментом.

При допущении равенства касательного напряжения Хтг напряжению трения на игле ти можно определить касательное напряжение в зоне контакта игды с поверхностью выходящей трубы-тщ. Общее усилие, прикладываемое к игле 1'и; складывается из усилия свободного течения металла в зоне в), усилия в зоне затрудненной деформации 8ц, а -также в зоне контакта иглы с поверхностью готовой трубы (рис. 5).

Суммарное усилие на игле определяли по формуле:

Ри = /Р. / «-/Р../+/Рш/ С)

где Р| - усилие на игле в зоне в], МЯ

Ри - усилие на игле в зоне 8ц, МН Рщ- усилие на игле в зоне Эщ, МН Характерные зоны для определения касательных напряжений' при прессовании трубы

Уи.

> ?! /л ¿7 •5- '//У// \

Л ^ 4-л/Ф ■

Рис. 5

Посте преобразования: ^

Отсюда:

т,„=-

(2)

4.4. Формирования механических свойств и структуры труб

Результаты исследований механических свойств, макро-и микроструктуры и степени рекристаллизации от режимов прессования па прессе П1680 представлены в таблице 1.

Оценка ресурса пластичности показала, что в условиях эксперимента имеется большой резерв пластичности. Так но показателю <Тод/ов видно, что в условиях эксперимента он изменяется от 0,62 до 0,69.

Это говорит о повышенном ресурсе пластичности прессованной трубы, когда деформационные способности сплава полностью не использованы и есть резерв повышения предельной скорости прессования. Дли данного сплава ДЮ такой показатель й термосбработашгом состоянии ограшгчен величиной Ядд/ои ~ 0,68 ( заг. 2). При большем значении этого отношения формируется полигони-зованная структура Правильность вывода подтверждается микроструктурным анализом ( рйс. 6) При понижении температуры заготовки до ГШ-34Г) °С формируется 1юлкостью'рекристал.ди;нн1аиная структура

На формирование структуры при СПАТ труб большое влияние оказывает температура нагрева заготовки и величины значений Kvj и Kva-

Так при прессовании трубы со скоростью прессования Vn=2,5 мм/с при

. 1з=3б0_365...375 °С формируется неоднородная смешанная структура изделия с

/ 1 изменением степени рекристаллизации от 40--50 fo рр 20-30 %■

В большей степени структурная неоднородность устраняется при равен1-

стве температур кагрева заготовки и контейнера.

Таблица 1

Значения показателей механических свойств труб диаметром 50x12,5 Д16 и глубины залегааня ККО

Режим прессования Механические свой-

ства

Температу- Скор Kvl Зона Глубина залегания

ра заготов- ость от- 0ОЛ Ов 6 ККО,

ки прес- К»2 бора МП

•3 "С, сова-

ния. МПа МПа %

мм/с

нар. вн.

1,17 В 320 487 16,2 0 0

1 385-395-380 2,7 С 340 50В 15,9 1,5 0

1,17 У 318 467 16,5 3-5 4-5

1,17 в 335 500 16,3 0 0

2 330-335-345 1 2,8 . с 367 534 15,4 0,5 0

1,17 У 333 485 15,5 . 1,0 0

1Д7 в 0 0

3 340-340-340 2,0 с 347 517 16,4 2,0 0

1,12 У 336 490 15,4 4,0 0

1,17 в 289 446 23,7 0 0

4 355-345-330 2,3 с 341 509 16,9 1-1,5 0

1,12 У • 329 478 15,2 . 3-5 0

1,17 в 287 445 22,6 0 0

5 350-365-370 2,7 с ¿61 541 14,7 1,0 0

1,03 У 307 459 15,5 1-3 0

1,17 в 284 444 23,5 , 0 0

6 . 320-325-325 2,3 с 277 441 22,8 1,0 0

1,05 У 274 440 21,4 1,5 3-4

2,26 в 308 475 18,1 0 0

7 340-350-345 1,3 с 272 432 23,2 1,0 0

1,04 У 271 445 20,8 2-4 0

1,26 в 335 499 17,0 0 0

8 330-360-370 2,7 с 315 488 19,4 3,0 1-3

•1,08 У 291 466 18,0 3-5 0

1,23 в 333 482 16,8 0 . 0

9 360-365-375 2,5 с зоо 476 ,19,9 2,4-3,0 2,0

1,03 У 275 438 \20,8 3-4 1-2

Микроструктура трубы диаметром 50x12,5 мм из сплава Д1б (1к=355 "С; 1з=330-335-345 °С; Уп=2,8 мм/с; Ку,=Куг=1,17)

а) 6) в)

а-выходной конец

(структура с равномерной степенью рекристаллизации 80-90%);

б-середина (структура нерекристаллизованная);

в-утяжинный конец (структура нерекристаллизованная)

Рис. 6

4.5. Зависимость формировании геометрии от режимов прессования

Оценка качества прбссованых труб осуществлялась не только ио уровню механических свойств, но и по точности геометрии (разнотолщинностц -и овальности). Разнотолщинность определяли путем измерения толщины стенки на образцах кольцевого сечения, вырезанных по длине труб

Относительную разнотолщинность труб определяли по формуле:

Я - ."Р-н. х 100%, (3)

1Ш* ^ иш

где П'- относительная разнотолщинность труб,

максимальная толщина стенки кольцевого сечения трубы, 8ш;а-минимальная толщина стенки кольцевого сечения трубы. Анализом экспериментальных данных установлен закон изменения разнотолщинности по длине труб, так в выходной части трубы разнотолщинность больше, а затем она постепенно снижается к утяженной части.

Установлена минимальная разнотолщинность по длине трубы при изотермических условиях прессования (1к=1з=345 °С) и 1^=1,20, Ку1=1,(11. Применение заготовок с температурой нагрева конца заготовки выше перед-

него и при К*г= 1,09 отмечено снижение разнотолщинности и повышение уровня прочностных свойств труб Йй=500...490-.470МПа).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. С целью дальнейшей интенсификации процесса прессования труб и управления .их структурой и свойствами следует вывод о целесообразности применения способа прессования с активным действием сил трения.

2. Изучение характера течения сплавов АД1 и АМгС при этапном деформировании, имеющих. различные реологические и адгезионные свойства выполнено на модельной установке МИСиС с механо-гидравлической связью приводов перемещения контейнера, прессштемпеля и иглы усилием 1,6 МН.

3. При этапном деформировании сплавов получены типичные энергосиловые зависимости на приводах перемещения пресс-штемпеля, контейнера и иглы и установлено наличие квазиустановившейся стадии, охватывающей третью традиционную стадию прессования, что выразилось в постоянстве напряжений, действующих на матрицу и иглу, и способствовало получению изделий с заданной геометрией.

4. Расчет деформированного состояния при этапном деформировании показал разницу в распределении компонентов и интенсивности деформации по объему заготовок для сплава АМгб и АД1. Установлено, наибольший объемный эффект активного действия сил трения (АДСТ) соответствует сплаву АМгб, характеризуемому повышенной чувствительностью этого сплава к скорости деформации. Это требует дополнительного затормаживания потока металла, прилегающего к игле.

5. Экспериментально установлена высокая эффективность малых смещений иглы относительно заготовки (Ку2=1,01-1,05), что обеспечивает возникновение значительных осевых деформаций укорочения на квазиустановившейся стадии, благоприятно влияющих на залечивание микротрещин и повышение качества внутренней поверхности изделия. Ведение процесса с малой величиной кинематического коэффициента на игле Ку2 обеспечивает повышение эксплуатационных свойств игл из-за уменьшения их длин и стабилизирует условия получения труб с заданной геометрией.

6. Результаты исследования энерго-силовых и кинематических параметров использованы при разработке режимов прессования труб из сплава Д16 на промышленном прессе модели П1680 усилием 16 МН. Экспериментальное исследование этих режимов на прессе показало, что при Ку^Жул

7. суммарное усилие прессования снижается на 10-15%, что повышает стойкость инструмента.

8. Экспериментально доказано целесообразность ведения процесса при tK=t3>360 "С с изменением Kv, в пределах1,17-1,25 и Kv2=l,01-1,05, что обеспечивает получение однородной структуры с повышенным уровнем механических и других эксплуатационных свойств как с полностью нерекристал-лизованной, так и рекристаллизованной структурой, предпочтительной для полуфабрикатов, идущих под последующую пластическую деформацию.

9. При Kvj^l^ô и Kv2= 1,01 и при tk=t3=345 °С были получены трубные заготовки диаметром 50x12,5 мм с минимальной разнсголщинностью К в выходном конце не ниже 1,3%, а а утяжинном на 0,81% при требований по ГОСТ 18482-79.

Ю.Эксплуатация пресса модели Ш680 после реконструкции показала высокую работоспоспособность схем с жесткой гидравлической связью приводов перемещения пресс-штемпеля, контейнера и иглы,и ее можно рекомендовать в качестве базовой для производства серийных прессов.

Основное содержание диссертации опубликовано п следующих работах

1. Щерба В. Н., Киселев Л. А., Тюрина Л. В. Результаты реконструкции трубного пресса П1680 с прямого процесса на процесс с активным трением // Цветные металлы. - 1995. - №7. - с. 66-70.

2. Щерба В. Н., Тюрина Л.В., Елисеев АН., Смирнова Л. А. Структура и свойства прессованных изделий, изготовляемых прессованием с активным действием сил трения. // Кузнечно-штамповочное производство. - 1995. - №2.

3. Щерба В. Н., Елисеев А. П., Тюрина Л.В. Прессование с активным действием сил трения (СПАТ). Научная конференции "МЕТАЛЛЭГСПО 96", М.: - 1996.

4. Зубарева Л. В., Зубарев А. В., Чуев И. Ф., Сенчихин М. С. Особенности прессования труб с активным действием сил трения. Тезисы к 50-ой научной конференции студентов. М.:-МИСиС. - 1996.

5. Щерба В.Н., Самусев C.B., Овечкин В.В., Зубарева Л.В, Елисеев А. Н. Скоростное прессование с активным действием сил трения // Металлург. -1997.-№3. - с. 30-33.

Примечание- Диссертант Тюрина Л.В. в 1995 году сменила фамилию на Зубареву