Кування дископодібних поковок із попередньо сформованим полем деформацій для підвищення технологічної пластичності металу - Автореферат

Фактором, що ускладнює задачу, є відсутність простих та надійних теоретичних залежностей по визначенню впливу основних технологічних параметрів (ступінь та швидкість деформації, температура, фактор форми, умови на контакті та ін.) на кінцевий розподіл нерівномірності деформації (яка, по суті, оцінюється нерівномірністю макро-та мікроструктури ). Службові властивості та технологічна пластичність дископодібних поковок залежать від певного розподілу нерівномірності деформацій. Однак рівень вивченості цієї залежності до наявної роботи не дозволяв відслідкувати формування поля деформацій на всіх етапах пластичного деформування, при їх виробництві за багатопереходними технологіями, зокрема на передостанньому переході, що призводить до надлишкових витрат металу, браку та ін. Метою дисертаційної роботи є вивчення закономірностей зміни поля деформацій у дископодібних поковках в залежності від параметрів деформування, нерівномірності викривлення шарів металу з урахуванням розподілу цих факторів на попередньому етапі деформування, що дозволяє одержувати поковки з підвищеною технологічною пластичністю. Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання: - теоретично й експериментально дослідити нерівномірність поля деформацій в процесі гарячого кування дископодібних поковок залежно від відношення висоти до діаметра вихідної циліндричної заготовки, ступеня висотної деформації заготовки і швидкості деформації;У результаті можливе одержання різного розподілу параметрів деформації по перерізу виробу, що спричиняє нерівномірність деформації вздовж шарів металу та відбивається на механічних властивостях кінцевого виробу. З іншого боку, огляд методів прогнозування нерівномірності деформації за структурою металовиробів дозволив зробити висновок про складність та недостатню точність визначення зміни цього параметру у процесі виготовлення дископодібних поковок. У звязку із цим виникає необхідність визначення залежності кінцевої нерівномірності деформації й повязаних з нею механічних властивостей металу від параметрів процесу кування, і на основі цих залежностей удосконалення технологічної схеми одержання дископодібних поковок. У дисертаційній роботі дослідження нерівномірності деформації при куванні проводилося за методикою повного багатофакторного експерименту й полягало в наступному: проводилося комплексне математичне моделювання за допомогою кінцевоелементної програми з використанням методики планування експерименту; результати моделювання оброблялися з одержанням рівнянь регресії; результати зіставлялися з результатами натурного експерименту (рис.1). Отримані залежності критерію ? показують збільшення радіальної нерівномірності деформації з ростом температури на контакті при деформації зі змащенням машинним маслом, і зниження зазначеного параметра при змащенні парафіном і куванні без змащення (рис.У дисертації одержано нове рішення науково-технічного завдання, що полягає у визначенні закономірностей зміни нерівномірності деформації по параметрах нерівномірності розміру зерна і викривлення шарів металу залежно від технологічних параметрів процесу кування і рівня зазначених параметрів у заготовці, з урахуванням розподілу цих факторів на попередньому етапі деформування, а також в удосконаленні технологічної схеми кування дископодібних поковок із метою підвищення технологічної пластичності. Аналіз літературних джерел довів наступне: існуючі технології часто не забезпечують необхідний рівень нерівномірності деформації в готових виробах, а методи розрахунку не дозволяють із достатньою точністю теоретично визначати зміни мікро-і макроструктури. За результатами моделювання гарячої осадки зразків із двофазних титанових сплавів і сталі 45 доведено, що в умовах відсутності теплового екранування й тепловиділення на контакті, підстигання є значно сильнішим, ніж тертя, фактором, що впливає на формозміну. На підставі планованого обчислювального експерименту отримані рівняння регресії для визначення нерівномірності деформації (що визначається по нерівномірності розміру зерна) при гарячій осадці зразків з титанового сплаву ВТ8 і сталі 45 залежно від геометрії, ступеня висотної деформації й швидкості деформації. Доведено можливість використання діаграм рекристалізації II роду для розрахунку нерівномірності деформації в більш широкому діапазоні швидкостей деформації (0,1...7,0с-1).Математическая модель прогнозирования микроструктуры и механических свойств изделий, получаемых ковкой и штамповкой//Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. Оценка влияния параметров протяжки на неравномерность деформации и возможности применения компьютерного моделирования при прогнозировании качества готовых изделий // Металлургическая и горнорудная промышленность. Исследование ковки крупных слитков//Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук.пр. Прогнозирование макроструктуры титановых сплавов при осадке// Удосконалення процесів і обла

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ

У дисертації одержано нове рішення науково-технічного завдання, що полягає у визначенні закономірностей зміни нерівномірності деформації по параметрах нерівномірності розміру зерна і викривлення шарів металу залежно від технологічних параметрів процесу кування і рівня зазначених параметрів у заготовці, з урахуванням розподілу цих факторів на попередньому етапі деформування, а також в удосконаленні технологічної схеми кування дископодібних поковок із метою підвищення технологічної пластичності.

Аналіз літературних джерел довів наступне: існуючі технології часто не забезпечують необхідний рівень нерівномірності деформації в готових виробах, а методи розрахунку не дозволяють із достатньою точністю теоретично визначати зміни мікро- і макроструктури. Тому дослідження, спрямовані на визначення закономірностей зміни нерівномірності деформації металу залежно від технологічних параметрів процесу кування й удосконалення на основі отриманих залежностей технологічної схеми кування дископодібних поковок, є актуальними.

За результатами моделювання гарячої осадки зразків із двофазних титанових сплавів і сталі 45 доведено, що в умовах відсутності теплового екранування й тепловиділення на контакті, підстигання є значно сильнішим, ніж тертя, фактором, що впливає на формозміну.

На підставі планованого обчислювального експерименту отримані рівняння регресії для визначення нерівномірності деформації (що визначається по нерівномірності розміру зерна) при гарячій осадці зразків з титанового сплаву ВТ8 і сталі 45 залежно від геометрії, ступеня висотної деформації й швидкості деформації.

За результатами зіставлення теоретичного й натурного експериментів розроблено експериментально-розрахункову методику прогнозування нерівномірності деформації поковок, що дозволяє знизити обсяг експериментальної і обчислювальної роботи при аналізі і проектуванні технологічних процесів. На основі обробки експериментальних даних показано, що погрішність теоретичного визначення нерівномірності деформації по величині “розмір зерна мікроструктури” не перевищує 25-30%, тобто менш 1 бала.

Доведено можливість використання діаграм рекристалізації II роду для розрахунку нерівномірності деформації в більш широкому діапазоні швидкостей деформації (0,1...7,0с-1).

Запропоновано кількісний критерій оцінки нерівномірності деформації в рамках експериментального методу стрижнів. Визначено кількісні значення даного критерію при зміні основних параметрів процесу осадки.

Проведено експериментальні дослідження процесу товстолистової витяжки стакана із фланцем із заготовок з попередньо створеною нерівномірністю деформації. Установлено, що в умовах модельних випробувань при витяжці заготовки з попередньо створеною нерівномірністю деформації зі зміною значення критерію нерівномірності деформації від 0,5 до 2 деформованість підвищується в 1,4 рази.

Проведено експериментальні дослідження залежності нерівномірності деформації від основних факторів деформації при осадці в плоских, вирізних і комбінованих бойках у застосовуваному діапазоні значень обтисків і кантувань. Показано, що при осадці дископодібної заготовки без зовнішніх зон деформація в осьових шарах заготовки буде в середньому на 20% вище, ніж при осадці із зовнішніми зонами.

Запропоновано удосконалену технологічну схему одержання дископодібних поковок, що включає проміжну операції осадки у вирізних бойках. Запропонована технологічна схема дозволяє одержувати вироби із прогнозованою нерівномірністю деформації.

Рекомендовано при виробництві передільних дископодібних поковок для підвищення деформованості створити нерівномірність деформації, для чого кування в осьовому напрямку здійснювати зі ступенем деформації не нижче 50% (критерій нерівномірності деформації не нижче ? = 3).

Запропоновані в дисертаційній роботі рекомендації з оптимізації технологій кування поковок використані на АТ “Новокраматорський машинобудівний завод” (Акт від 18.05.2005). Використання запропонованої технології кування дископодібних поковок підвищеної деформованості для листового штампування днищ і горловин балонів на ВО “Південний машинобудівний завод” рекомендовано науково-технічною радою ВАТ “УКРНІІТМ” (витяг із протоколу від 11.08.2005). Запропонована технологія виробництва дископодібних поковок прийнята до реалізації на ДНВП “Текопром” (Довідка від 08.09.2005). Розробки, виконані в дисертації, використовуються на кафедрі ОМТ НМЕТАУ при викладанні курсів “Теорія обробки металів тиском”, “Технологія ковальсько-штампувального виробництва” (довідка від 10.11.2006 р.).