Введение к работе
Актуальность темы При производстве изделий из сплавов титана, используемых в авиационном двигателестроении, важно, чтобы получаемые изделия имели высокое качество, а разработка технологии их производства осуществлялась за короткое время при минимальных материальных затратах
Это особенно актуально при изготовлении поковок ответственного назначения, когда ставятся две технологически важные задачи придать поковкам форму и размеры близкие к чистовой детали и получить при этом необходимую структуру, обеспечивающую изделиям необходимые механические свойства после термической обработки
Изотермическая раскатка позволяет решить обе названные задачи Локальное деформирование заготовки при высокой пластичности материала позволяет придать заготовкам точную форму и выдержать заданные размеры и что особенно важно при изотермической деформации это стабильность микроструктуры материала
Актуальность математического моделирования процесса раскатки обусловлена существенной экономией денежных средств за счет снижения количества промышленных экспериментов и значительной экономии дорогостоящих сплавов
Применение изотермической раскатки позволяет получать детали газотурбинных двигателей, монодиски, детали колеса компрессора, колеса турбин и диски роторов, автомобильные диски, полые валы, диски со сложными формами, диски подпорных ступеней, диски с криволинейной поверхностью и ряд других деталей
Диски используемые в авиастроении, раскатываются как правило из сплавов ВТ9, ВТ25У и ряда других титановых сплавов, а также из жаропрочных сплавов на никелевой основе
Изотермическая раскатка обеспечивает получение дисков, наружный диаметр которых в 1,5-2 раза превышает диаметр заготовки
Помимо раскатки детали типа "диск" могут быть получены при помощи штамповки в изотермических условиях и методом спекания гранул
К недостаткам штамповки при получении крупногабаритных деталей, следует отнести высокую стоимость переналадки оборудования, при частом изменении номенклатуры получаемых изделий
Преимущество процесса раскатки перед штамповкой состоит в том, что благодаря использованию локального деформирования с вращением сохраняется мелкозернистая структура диска и возможно получение колец и дисков большого диаметра и сложной формы, при незначительных удельных усилиях
В настоящее время проблемой получения колец и дисков большого диаметра с помощью раскатки занимается рад предприятий и научных институтов
К таким предприятием относятся - ФГУП "ММПП Салют", ОАО "Нарофомин-ский машиностроительный завод", ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат", Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (Российский федеральный ядерный центр Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики).
Целью работы является разработка, исследование технологического процесса изотермической раскатки дисков и создание научно-обоснованной методики проектирования новых процессов изотермической раскатки
В работе были поставлены следующие задачи
-
Провести классификацию деталей типа "диск", получаемых раскаткой и рассмотреть возможные способы изготовления таких деталей из сплавов титана
-
Разработать методику, позволяющую проектировать технологический процесс раскатки деталей типа "диск" с учетом вращательного движения заготовки, роликов, подачи инструмента
3. Используя результаты промышленных экспериментов и результаты полученных расчетов выявить влияние частоты вращения заготовки, подачи инструмента на усилие и основные технологические параметры процесса
-
Изучить влияние угла наклона среднего конуса ролика (55, 45, 30, 20, 15, 10) и величины внедрения роликов в заготовку на термомеханические параметры процесса раскатки
-
Исследовать процесс опережения и отставания заготовки и инструмента при раскатке
-
Исследовать дефекты, образующиеся при раскатке дисков, дать обоснованные рекомендации по устранению этих дефектов
-
С использованием методики проектирования процесса изотермической раскатки разработать технологические режимы получения дисков из сплавов ВТ9, Діб
Научная новизна заключается в следующем
-
Разработана методика автоматизированного проектирования технологического процесса раскатки деталей тип "диск"
-
Установлено влияние подачи инструмента и частоты вращения заготовки на усилие раскатки
-
Установлены допустимые режимы раскатки, максимальные и минимальные величины внедрения роликов в заготовку, исследовано влияние угла наклона среднего конуса ролика на неконтролируемое утонение полотна диска
-
Предложен критерий оценки утонения полотна диска в процессе раскатки.
-
Установлено влияние опережения и отставания инструмента и заготовки при раскатке на усилие и температурно-скоростные условия процесса
-
Установлены причины возникновения технологических дефектов при изотермической раскатке и предложены меры по их устранению
Практическая полезность работы:
1 Предложена методика расчета процесса изотермической раскатки, включаю
щая подготовку исходных данных и обработку результатов расчетов
Методика проектирования раскатки дисков опробована в промышленных условиях на стане АЛРД-800 Сравнительный анализ показал хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных как качественно, так и количественно.
-
Результаты экспериментальных и численных исследований позволили выявить рациональные режимы раскатки дисков
-
Результаты численных расчетов различных технологических режимов раскатки позволили подобрать рациональную геометрию инструмента и допустимые величины внедрения его в заготовку при раскатке дисков
-
Разработана и передана для использования в учебном процессе компьютерная методика моделирования технологических процессов раскатки деталей типа "диск"
-
Использование результатов работы позволяет существенно снизить затраты на промышленные эксперименты при разработке новых технологий раскатки.
6 Разработаны меры по устранению дефектов при изотермической раскатке
дисков
Методы исследования
В качестве основного метода исследования процесса раскатки дисков был выбран метод математического моделирования Экспериментальные исследования проводились на промышленном оборудовании и повторяли рациональные режимы процесса раскатки дисков, полученных с помощью математического моделирования
В работе были использованы компьютерные методы построения плоских чертежей в системе AutoCad, а объемных объектов с помощью системы трехмерного моделирования Solid Works
Для написания программ расчета траектории перемещения роликов и данных необходимых для расчета процесса раскатки был использован пакет MathCad
Моделирование процесса раскатки проводили с помощью конечно-элементной системы DEFORM-3D
Достоверность результатов.
Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации обоснованы теоретически и подтверждены промышленными экспериментами
Результаты моделирования подтверждены промышленными экспериментами раскатки дисков из сплава ВТ9 и ряда других сплавов на автоматизированной линии для раскатки дисков АЛРД-800 - ОАО "Нарофоминский машиностроительный завод" и ФГУП ММПП «Салют»
Реализация результатов работы
Использование результатов работы позволило избежать большого числа дорогостоящих экспериментов и получить изделия удовлетворяющие ТУ
Результаты исследований опробованы на предприятии ФГУП ММПП «Салют», рекомендованы к использованию на ОАО «Нарофоминский машиностроительный завод» и ряде других предприятий
Апробация работы.
Результаты работы доложены и обсуждены на ежегодной международной научно-технической конференции «Авиакосмические технологии» 2004 года, международной научно - технической конференции «Теория и технология процессов пластической деформации - 2004», научно-практической конференции "Инженерные системы 2006" проводимой ООО «ТЕСИС», научно-техническом совещании ФГУП ММПП "Салют" и научных семинарах кафедры «Обработка металлов давлением» Московского государственного института стали и сплавов
Публикации. По теме работы опубликовано 10 статей в журналах и сборниках материалов международных и всероссийских конференций
Структура и объем работы Диссертация содержит 152 страницы, состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов Включает библиографический список из 94 наименований, 67 рисунков, 31 таблицы и 3 приложений
