Содержание к диссертации
Стр.
ВВЩЁНИЕ ф б
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1. Процессы упрочнения-разупрочнения в металлах
при пластической деформации . . 12
1.2. Эффект электроимпульсного разупрочнения метал
лов /ЭЭИРМ/. Его теоретическое и эксперимен
тальное исследование ... ..... 22
Х.З. Промышленное использование ЭЭИРМ ....... 31
Ї.4. Анализ использования ЭЭИРМ в операциях холодной
листовой штамповки и задачи его исследования . 34
ІЛ.І. Применение ЭЭИРМ в операциях чистовой выруб
ки и пробивки 35
ІЛ.2. Применение ЭЭИРМ в формоизменяющих опера
циях 38
ІЛ.З. Задачи исследования эффекта электро импульсно
го разупрочнения металлов 40
Выгоды 41
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЭИРМ ПРИ ОДНООСНОЙ
ДЕФОРМАЦИИ 43
Цель и задачи теоретического исследования ЭЭИР токопроводящих материалов 43
Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением электрических импульсов .... 44
2.3. Теоретическое исследование процесса упрочнения-раз
упрочнения токопроводящих материалов в процессе одно
осной деформации с использованием ЭЭИР . 51
2.3.1. Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭИР при постоянной ско-
рости деформации 54
Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭИР при постоянной скорости деформирования 5?
Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭИР при произвольном изменении скорости деформации, ее рода и вида ...... 59
2.4. Определение постоянных-коэффициентов анадитической
модели процесса пластической деформации, проте
кающего при наложении импульсов электрического
тока ........ 61
Определение постоянных-коэффициентов А и В аналитической модели по зависимости /2.5/ .... 62
Определение постоянных-коэффициентов ^ и /) аналитической модели по зависимости /2.2/ ... 66 Выводы 69
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫРУБКИ /ПРОБИВКИ/
И ВЫГЯККИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛОСКОЙ ЗАГОТОВКИ С НАЛОЖЕНИЕМ НА
ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗУПРОЧНЕ
НИЯ МЕТАЛЛОВ /ЭЭИРМ/ 70
Процесс деформации при пробивке /вырубке/ с наложением на очаг деформации импульсного электрического тока 70
Теоретическое исследование вытяжки цилиндрической детали из плоской заготовки с наложением на
очаг деформации импульсного тока 76
Выводы 93
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ........ 94
4.1. Зэдачи экспериментальных исследований 94
Объекты экспериментальных исследований 94
Методика экспериментальных исследований. Оборудование и приборы 95
Состав экспериментальной установки ....... 95
Устройство экспериментальной установки .... 95
Устройство блока захватов и блока тензометричес-
ких датчиков. Измерение усилий и деформации . 98
Особенности проведения испытаний при сжатии цилиндрических образцов 103
Измерение времени и величины тока в процессе испытаний 104
Методика экспериментальных исследований . . . 104
4.4. Обработка экспериментальных данных 108
Выгоды ИЗ
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ НЕКОТОРЫХ
Т0К0ПР0В0ДЯЩЙХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
С НАЛОЖЕНИЕМ ЭЭИРМ П4
Влияние ЭЭИР не величину разупрочнения пластически деформируемого металла . 1*4
Влияние ЭЭИРМ на пластичность деформируемого металла 121
Выводы ..... 134
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА ЭЛЕКГРОИМПУЛЬСНОГО
РАЗУПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 136
Цель практического использования теоретических и экспериментальных исследований ЭЭИРМ 136
Объект и зэдэчи практического использования ЭЭИРМ
в операциях холодной листовой штамповки 137
Конструкция штампа и этапы*процесса вытяжки деталей коробчатой формы из токопроводящей заготовки с наложением ЭЭИРМ ........ . 139
Использование ЭЭИРМ для определения физического
предела текучести 149
Выводы 152
ОБЩЕ ВЫВОДЫ 154
ЛИТЕРАТУРА 157
ПРИЛОЖЕНИЕ I 164
ПРИЛОЖЕНИЕ П . 168
ПРИЛОЖЕНИЕ Ш 169
ПРИЛОЖЕНИЕ ІУ 174
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года" отмечено, что основными путями интенсивного развития и повышения эффективности общественного производства являются: широкое применение малооперационных, малоотходных и безотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное использование конструкционных материалов, рост производительности труда, высокое качество продукции и полную безопасность проведения работ.
Решение поставленных задач возможно только в том случае, когда конструкторские и технологические разработки базируются на современных теоретических и экспериментальных исследованиях.
С этой точки зрения особый интерес представляют явления, открытые на стыке наук» Как правило, их практическое применение в* трудоемких технологических процессах обработки металлов позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, В настоящее время хорошо известны такие, на первый взгляд не совместимые процессы, как использование луча лазера, потока свободных электронов, диффузии атомов-в сварке, применение энергии взрыва и магнитного импульсного поля-в операциях обработки металлов давлением и многие другие. Очевидно, что физика твердого тела и квантовая механика, электрический ток и магнитное поле все больше вторгаются в процессы металлообработки.
В этой связи большой интерес представляет сначала теоретически обоснованное, а затем и открытое, явление повышения пластичности деформируемого металла и его разупрочнение при прохождении че-
рез очаг деформации импульсного тока плотностью не менее 10 А/м2 и продолжительностью импульса 10 - Ю~5С. Хотя это явление уже несколько лет исследуется, природа его еще не совсем ясна. Боль-
шинство исследователей сходятся на мысли, что главным механизмом этого явления служит увлечение импульсным потоком электронов дислокаций, которые также, как и электрон, имеют свой заряд и полярность. Кроме этого, на деформируемый материал действует магнитное поле токоподводящих элементов, сила Ампера, пинч-эффект и другие силовые составляющие электромагнитного поля. Некоторые исследователи дополнительно указывают на действие температурного градиента, создающего за счет выделения джоулевого тепла на деф-фектах микроструктуры, значительные по своей величине термонапряжения.
Совокупность выше перечисленных действий, возникающих при прохождении через очаг пластического формоизменения импульсного тока, повышает пластичность материала и разупрочняет его в момент протекания импульса. Это явление получило название эффект электропластичности или эффект электроимпульсного разупрочнения металлов /ЭЭИРМ/. Наиболее ценным качеством данного эффекта явилось то, что разупрочнение и повышение пластичности материала протекает при постоянной температуре. Это объясняется тем, что при малой продолжительности импульса ДО - 10 , С/, импульсный ток высокой плотности является током нетермической величины. Таким образом, появилась возможность формоизменять труднодеформируемые и обычные конструкционные материалы с большей степенью деформации и меньшими усилиями без дополнительных или промежуточных операций термообработки.
Вполне естественно, что этим эффектом заинтересовались спе-циалистыв в области обработки металлов давлением /ОВД/. В настоящее время в лабораторных условиях удалось произвести прокатку углеродистой стали, меди, алюминия и осуществить плющенье вольфрамовой проволоки в микроленту. С технологической и конструктив-
ной точки зрения оба процесса оказались приемлемыми в производственных условиях. Полученный прокат и микролента были изготовлены с меньшими технологическими усилиями и отличались высокой точностью и качеством.
Актуальность работы. Изучение распространенных технологических операций листовой штамповки показало, что режимы вырубки,пробивки, вытяжки и др., можно усовершенствовать за счет повышения пластичности деформируемой заготовки и разупрочнения ее в процессе формоизменения. Деформирование заготовки с одновременным пропусканием через нее импульсного тока высокой плотности приводит к повышению пластичности и разупрочнению материала, практически не повышая его температуру. Однако, в настоящее время отсутствуют широкие экспериментальные исследования и аналитические описания процесса разупрочнения, протекающего при пластическом формоизменении материала в скоростных режимах ОЩ в момент прохож' дения импульсного тока через очаг деформации. Совершенно нет сведений о возможности применения импульсного тока в операциях холодной листовой штамповки.
Поэтому исследование процессов, протекающих при пластической деформации конструкционных материалов, осуществляемой с наложением импульсного тока, а также,разработка на основе полученных результатов методики расчета усилий деформирования и практических рекомендаций по режимам обработки в операциях листовой штамповки, значительно интенсифицирующих процесс пластической деформации, является актуальной задачей.
Цель работы. Целью данной работы являлось теоретическое и экспериментальное обоснование и применение импульсного тока высокой плотности для уменьшения формоизменяющего усилия и увеличения рессурса пластичности заготовок из углеродистых сталей и сплавов
цветных металлов, деформируемых в скоростных режимах операций ОВД.
Методика выполнения работы» В работе использован комплексный метод исследования, включающий теоретический анализ зависимости напряжений при одноосной деформации от деформационно-скоростных условий протекания процесса !и параметров импульсного тока, анализ поля напряжений в заготовке при реализации процесса деформации с наложением импульсного тока в операциях вырубки,пробивки илвытяжки, а также экспериментальные исследования, основанные на моделировании процесса деформации в скоростном диапазоне реального процесса /ОВД/ при широком изменении параметров воздействующего на очаг пластического формоизменения импульсного тока. Полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований данные проверены и применены при вытяжке детали из плоской заготовки за проход.
Научная новизна заключается в построении аналитической модели, описывающей зависимость истинного напряжения от степени и скорости деформации, а также плотности импульсного тока; описании поля напряжений, возникающего при воздействии на деформируемую заготовку импульсного электрического тока в операциях вырубки, пробивки и вытяжки, разработке методики расчета технологических усилий, скоростных и деформационных режимов для обработки заготовок в указанных операциях.
Практическая ценность. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны аналитические зависимости, описывающие сопротивление деформации, которые могут быть применены при расчетах силовых параметров оборудования, используемого в операциях вырубки /пробивки/ и вытяжки при электроимпульсном разупрочнении деформируемой заготовки. Найдены коэф-
фициенты зависимостей, позволяющие определить сопротивление деформации углеродистых сталей и некоторых сплавов цветных металлов*
Разработана методика определения механических свойств токо-проводящих материалов в скоростных режимах реальных процессов ОВД.
Разработаны конструкция штампа и технологический процеос глубокой вытяжки, реализуемый за счет электроимпульсного разупрочнения ззготовки в процессе деформации. Предложены практические рекомендации по выбору скоростных и деформационных-режимов формоизменения заготовки в зависимости от плотности электрического тока.
Реализация работы в промышленности. Технологический процесс глубокой вытяжки детали с электроимпульсным разупрочнением заготовки внедрен на предприятии Х-5827. Экономический эффект в рас-чете на одну деталь составил 0,44 руб. Ожидаемый экономический эффект составит 15-25 тыс.рублей.
По методике экспериментальных исследований выпущен руководящий технический материал /РТМ/ "Исследование упрочнения-разупрочнения металлов и сплавов", примененный на Верхне-салдинском металлургическом производственном объединении. Экономический эффект от внедрения РТМа составил 22,0 тыс.рублей. РТМ запланирован к внедрению в 15 организациях различных министерств.
На защиту выносятся следующие вопросы:
Аналитическая модель, описывающая зависимость истинного напряжения при одноосной равномерной деформации от скорости и степени деформации, а также плотности импульсного тока.
Аналитические модели, описывающие поле напряжений, воз-
никающее при воздействии на деформируемую заготовку импульсного электрического тока в операциях вырубки, пробивки и вытяжки.
Методика расчета технологических усилий и оптимизации деформационно-скоростных параметров процессов в указанных операциях*
Способ и методика определения механических характеристик токопроводящих материалов в широком диапазоне скоростей деформирования*
